JP2018173260A - 暖房および／または冷房用の循環システムならびに暖房および／または冷房運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱負荷が循環システムの最小容量を下回る低負荷状態で冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器の熱伝達効率が低下しない、暖房および／または冷房用循環システムならびに暖房および／または冷房運転方法を提供する。【解決手段】本発明は、冷媒の流れ方向に順次接続された圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器を有する冷媒を循環させるための主回路、ならびに第１冷媒部分に凝縮器をバイパスさせるためのバイパス通路を備え、バイパス通路は第１冷媒部分と蒸発器出口で主回路から分岐された第２冷媒部分との間で熱交換するための内部熱交換器を含み、主回路はバイパス通路に接続された受液器をさらに備える、暖房および／または冷房用循環システムに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、暖房および／または冷房用の循環システムならびに暖房および／または冷房運転方法、特に部分熱負荷運転および低熱負荷運転に関する。

暖房または冷房運転における周知の課題は、Ａｉｒ Tｏ Ｗａｔｅｒ（ＡＴＷ）ヒートポンプは、圧縮機がその最小サイクル数で動作していたとしても、低負荷運転時に能力過大となることである。このことは特に、ヒートポンプが非常に低い流水温度で作動するような、隙間がなく断熱性の高い家で発生する。ＡＴＷヒートポンプは一般的には供給流れ温度を目標値に保つように制御され、供給流れ温度は圧縮機のサイクル数を変更することによって制御される。もし熱負荷が圧縮機の最小サイクル数に対する最小容量を下回っていれば、供給流れ温度が過熱を検出する閾値を超えて上昇するためヒートポンプは運転を停止し、供給流れ温度が再始動の閾値を下回った後に再始動する。このことは、ヒートポンプを頻繁にオンオフ循環させ、システム寿命を縮め、消費者の電気代を増加させる。

ヒートポンプの負荷調節のため、可変速圧縮機の使用に加えて、部分熱負荷時にシステムの運転を可能とするために高温ガスバイパス法を用いるのも一般的である。この方法において、高温ガスバイパス回路は蒸発器出口に接続されて、蒸発器冷却容量を制御する（すなわち、出口バイパス回路）、または蒸発器を除霜する（たとえば、特許文献１に記載されている）、または逆サイクルによる除霜サイクルにおける凝縮器の凍結を防止する（たとえば、特許文献２に記載されている）ように構成されている。

冷房用途において、高温ガスバイパスを蒸発器入口に接続（すなわち、入口バイパス回路）することによって、蒸発器が凍結して低圧になるのを防止するという高温ガスバイパスの他の構成もある。空気熱源ヒートポンプを用いる暖房用途については、入口および出口バイパス回路の両方が使用できる。

特に、入口バイパス回路は、通常の暖房運転中、冷媒に凝縮器をバイパスさせることによってヒートポンプを部分熱負荷または低熱負荷で運転することを可能にする。ここで、高温ガスを圧縮機出口の高圧から蒸発器入口の低圧まで膨張させるために、補助膨張弁がバイパス回路に配置される。この構成は、特許文献３に記載されている、主膨張弁の後に接続されているバイパス回路と類似である。バイパス回路の別の構成として、特許文献４に記載されている構成に類似の、バイパス回路を主膨張弁の手前で主回路に接続するものもある。このバイパス回路の構成によれば、バイパス回路の補助弁は必要ない。

米国特許第６５８４７９２号明細書 国際公開第２０１１／０９２８０２号 特許第４７９９２５２号公報 特開２００５−３００００８号公報

先行技術におけるバイパス回路構成の課題は、蒸気状態（すなわち、高温ガス）の高圧冷媒が直接圧縮機出口から主膨張弁の後（特許文献３のバイパス回路）または主膨張弁の手前（特許文献４のバイパス回路）の主回路に噴射されることである。どちらのバイパス回路構成も蒸発器入口の冷媒乾き度を増大させる。このことは、蒸発器に供給される冷媒の組成中の蒸気部分がより多くなり、蒸発器管内の冷媒と蒸発器管外の外気との間の熱交換をより少なくすることを意味している。このことは、蒸発器の熱伝達効率が低下するという課題をもたらす。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、熱負荷が循環システムの最小容量を下回る低負荷状態で冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器の熱伝達効率が低下しない、暖房および／または冷房用循環システムならびに暖房および／または冷房運転方法を提供することである。

課題は、請求項１による暖房および／または冷房用循環システムならびに請求項１０による暖房および／または冷房運転方法によって解決される。循環システムならびに暖房および／または冷房運転方法の有利な実施形態はそれぞれ従属請求項２〜９および１１〜１５に示される。

本発明による暖房および／または冷房用循環システムは、冷媒の流れ方向に順次接続された圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器を有する冷媒を循環させるための主回路、ならびに第１冷媒部分に凝縮器をバイパスさせるためのバイパス通路を備え、バイパス通路は第１および第２接続点で主回路に接続され、第１接続点は圧縮機出口と凝縮器入口との間に配置され、第２接続点は凝縮器出口と蒸発器入口との間に配置される。

暖房および／または冷房用循環システムは、バイパス通路は第１冷媒部分と第２冷媒部分との熱交換を行うための内部熱交換器を含み、第２冷媒部分は蒸発器出口と圧縮機入口との間から分岐され、および蒸発器出口と圧縮機入口との間に戻され、第２膨張弁が続いて冷媒の流れ方向に接続されることと、主回路が、第２接続点に配置されてバイパス通路に接続されるか、または第２接続点と蒸発器入口との間に配置される受液器をさらに備えることと、を特徴とする。

本発明による暖房および／または冷房用循環システムは、内部熱交換器を用いてバイパス通路の高温ガスを、主回路の凝縮した冷媒に凝縮器出口または受液器で混入する前に、凝縮させることを可能にする。冷媒の一部を凝縮器に対してバイパスすることによって、熱容量が減少する一方、圧縮機は依然として最少サイクル数で運転している。これによって圧縮機を停止させるための閾値未満の供給流れ温度となる。

さらに、第１膨張弁は主回路の主膨張装置であるが、第２膨張弁は第１冷媒部分の質量流量を調節するためのバイパス通路制御装置として機能する。本発明のさらなる好適な実施形態において、第１膨張弁は第２接続点と蒸発器入口との間、または凝縮器出口と第２接続点との間に配置される。

また、本発明による循環システムは、第１膨張弁が第２接続点と蒸発器入口との間に配置され、主回路は、凝縮器出口と第２接続点との間に配置される追加の第３膨張弁をさらに含むように修正されてもよい。この場合、第３膨張弁は第２膨張弁とともに冷媒流量を微調整するために用いられうる。

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は少なくとも、第１冷媒部分を通すための第１流路および第２冷媒部分を通すための第２流路を備える。

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は、二重管熱交換器、ねじり管式熱交換器、対向流熱交換器、並行流熱交換器ならびに／あるいは両熱交換面にマイクロチャネルおよび／もしくはマイクロフィンを備える、または両熱交換面のマイクロチャネルおよび／もしくはマイクロフィンからなる熱交換器である。

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は、第２冷媒部分を内部熱交換器に供給するための供給ラインを備え、供給ラインは第２冷媒部分の供給流れを制御するための第１電磁弁を備える。

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は、第２冷媒部分を内部熱交換器に供給するための供給ラインおよび第２冷媒部分を主回路に戻すための戻りラインを備え、供給ラインおよび戻りラインはそれぞれ第３および第４接続点で主回路に接続され、主回路は、主回路Ａの第３および第４接続点の間の区画を開閉するためおよび／または第３および第４接続点の間の冷媒の流れを制御するために、第３および第４接続点の間に配置された第２電磁弁を備える。

別の好適な実施形態によれば、凝縮器は冷媒−水熱交換器または冷媒−空気熱交換器であり、蒸発器は冷媒−空気熱交換器である。

別の好適な実施形態によれば、主回路は、循環システムを暖房運転と冷房運転との間で切り替えるための、圧縮機出口と凝縮器入口との間に配置された四方弁を備える。

本発明はさらに、上述の暖房および／または冷房用循環システムによって実行される暖房および／または冷房用運転方法を含む。暖房および／または冷房用運転方法は、１つ以上の所定の条件に合致した場合にバイパス通路が作動または作動停止されることを特徴とする。

好適な実施形態によれば、バイパス通路は第２膨張弁を開くことによって作動され、第２膨張弁を閉じることによって作動停止される。特に、別の好適な実施形態によれば、所定の時間間隔について圧縮機の再始動回数が所定の閾値回数を超えるときにバイパス通路が作動され、室温が所定の閾値室温を下回るときにバイパス通路が作動停止される。

別の好適な実施形態によれば、第２膨張弁の開度は、バイパス通路が作動され、圧縮機が所定の最少サイクル数で動作し、冷媒の供給流れ温度が第１閾値温度を超えるときに増やされ、第２膨張弁の開度は、バイパス通路が作動され、圧縮機が所定の最少サイクル数で動作し、冷媒の供給流れ温度が第２閾値温度を下回るときに減らされる。

別の好適な実施形態によれば、所定の時間間隔についての平均供給熱が計算され、運転中の供給流れ温度および外気温状態の下での最小容量が計算され、平均供給熱が最小容量を下回るときにバイパス通路が作動される。

別の好適な実施形態によれば、第２膨張弁の開度は、平均供給熱が最小容量を下回るパーセンテージと同じパーセンテージ増やされる。

本発明によれば、熱負荷が循環システムの最小容量を下回る低負荷状態で冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器の熱伝達効率が低下しない、暖房および／または冷房用循環システムならびに暖房および／または冷房運転方法が提供される。

本発明の暖房および／または冷房用循環システムによる第１の実施形態を示す図である。 バイパス通路の運転の開始および終了の順序を説明する図である。 本発明の第１の実施形態による暖房運転方法のフロー図である。 種々の試験条件下での、最小サイクル数で運転した場合の熱容量についての図である。 本発明の第２の実施形態による暖房運転方法のフロー図である。 本発明による暖房および／または冷房用循環システムの第３の実施形態を示す図である。

以下において、本発明による暖房および／または冷房用循環システムならびに暖房および／または冷房運転方法のいくつかの好適な実施形態が、図１〜６に基づいてさらに詳しく記述される。記述された特徴は、開示された実施形態の組み合わせにおいて考えられるだけでなく、具体的な実施形態とは独立に種々の他の組み合わせにおいて実現できる。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態による暖房および／または冷房用循環システムは、圧縮機入口１ａおよび圧縮機出口１ｂを備えた圧縮機１、凝縮器入口２ａおよび出口２ｂを備えた凝縮器２、第１膨張弁ＬＥＶ−Ａ、第３膨張弁ＬＥＶ−Ｂ、蒸発器入口３ａおよび蒸発器出口３ｂを備えた蒸発器３、受液器入口５ａおよび受液器出口５ｂを備えた受液器５、第２電磁弁９、ならびに四方弁を有する、冷媒を循環させるための主回路Ａを含む。循環システムの圧縮機１、凝縮器２、第１膨張弁ＬＥＶ−Ａ、第３膨張弁ＬＥＶ−Ｂ、蒸発器３、受液器５、第２電磁弁９、および四方弁は、主回路Ａを通る冷媒が通過するように接続されている。

さらに、循環システムは第１冷媒部分に凝縮器２をバイパスさせるためのバイパス通路Ｂを含む。バイパス通路Ｂは接続点Ｐ１およびＰ２経由で主回路に接続される。接続点Ｐ１は圧縮機出口１ｂと凝縮器入口２ａとの間に配置される。接続点Ｐ２は第３膨張弁ＬＥＶ−Ｂと受液器入口５ａとの間に配置される。バイパス通路Ｂは、第１冷媒部分の流れ方向に順次接続された、内部熱交換器４および第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃを含む。内部熱交換器４は少なくとも２つの流路を有し、第１流路は内部熱交換器第１入口４ａおよび内部熱交換器第１出口４ｂを備えたバイパス通路Ｂの一区画を形成して第１冷媒部分を運ぶ。第２流路は内部熱交換器第２入口４ｃから内部熱交換器第２出口４ｄに及び、蒸発器出口３ｂと圧縮機入口１ａとの間の主回路Ａから分岐されて主回路Ａに返される第２冷媒部分を運ぶ。内部熱交換器第２入口４ｃは、供給ライン６を介して接続点Ｐ３において主回路Ａと接続される。内部熱交換器第２出口４ｄは、戻りライン８を介して接続点Ｐ４において主回路Ａと接続される。接続点Ｐ３は、蒸発器出口３ｂと圧縮機入口１ａとの間に配置される。接続点Ｐ４は、接続点Ｐ３と圧縮機入口１ａとの間に配置される。供給ライン６は第１電磁弁７を含む。

暖房運転において、凝縮器２は水−冷媒熱交換器であり、室内加熱器として機能するのに対して、蒸発器３は冷却器として機能する空気−冷媒熱交換器である。また、内部熱交換器４は冷媒−冷媒熱交換器であり、熱はバイパスされた第１冷媒部分から分岐された第２冷媒部分に伝達される。この実施形態１において、内部熱交換器４は、高温ガス冷媒が第１流路を通り、蒸発器出口３ｂから抜け出る低温ガスまたは蒸気冷媒が第２流路を通る、対向流または並行流の熱交換装置であるのが好ましい。

第１膨張弁ＬＥＶ−Ａは、蒸発器３に入る前に冷媒を膨張させるための、主回路Ａの主膨張弁である。第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃは、バイパス流路を流れる第１冷媒部分を膨張させ、第１冷媒部分の流量を制御するために用いることができる。第３膨張弁ＬＥＶ−Ｂは、主回路Ａおよびバイパス通路Ｂを流れる冷媒の流量を微調整するために使用される。

第１電磁弁７は、供給ライン６を開閉するとともに、供給ライン６、内部熱交換器４の第２通路、および戻りライン８を通る第２冷媒部分の流量を制御するために用いられる。第２電磁弁９は、主回路Ａの接続点Ｐ３とＰ４との間の流路を開閉するとともに、主回路Ａのこの流路の冷媒の流れを制御するために用いられる。

四方弁１０は、循環システムの暖房運転と冷房運転との切り替えのために用いられる。主回路Ａとバイパス通路Ｂとの接続点Ｐ１は冷媒の流れ方向において四方弁１０の前でも後でもよい。

圧縮機出口１ｂで排出された高温圧縮冷媒が四方弁１０を通過する。接続点Ｐ１で第１冷媒部分がバイパス通路Ｂへ分岐される。主回路Ａにおいて、高圧高温ガス冷媒が凝縮器２に入り、そこで冷却されて凝縮され、室内加熱器へ熱を放射する。凝縮した冷媒は第３膨張弁ＬＥＶ−Ｂによって膨張させられ、低圧低温液体冷媒として受液器５内に集められる。高圧高温ガスの第１冷媒部分が内部熱交換器４の第１流路を通過し、そこで冷却されて凝縮する。この冷却作用は、蒸発器出口３ｂで分岐され、内部熱交換器の第２流路を流れる低圧低温ガス第２冷媒部分によってもたらされる。凝縮した第１冷媒部分は第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃによって膨張させられ、低圧低温液体冷媒として受液器５内に集められる。受液器５から排出された低温液体冷媒は第１膨張弁ＬＥＶ−Ａによってさらに膨張させられ、蒸発器３に入る。蒸発器３の中で、低温液体冷媒は蒸発させられ、低圧低温ガス冷媒として排出される。接続点Ｐ３で第２冷媒が主回路Ａから分岐し、内部熱交換器４を通って循環する。残りの低圧低温ガス冷媒は、圧縮機入口１ａまで主回路Ａを流れる。分岐された第２冷媒部分は、内部熱交換器４内で第１冷媒部分との熱交換によって加熱された後、接続点Ｐ４で主回路Ａに戻される。

高温ガスの第１冷媒部分は、第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃ内で膨張してその圧力を圧縮機１の吐出圧力から受液器５の圧力に下げる前に、低温の第２冷媒部分との熱交換によって内部熱交換器４内で冷却されて凝縮する。第１冷媒部分をバイパス通路Ｂに通してバイパスさせることによって、凝縮器２へは低流量の冷媒が到達し、バイパス通路Ｂのない状態で主回路Ａの循環システムを機能させた場合の最小容量よりも加熱容量を減少させる。これによって、圧縮機１は低熱負荷においてオンオフすることなしに連続動作できる。バイパス通路Ｂの高温ガスの第１冷媒部分は、主回路Ａの冷媒と合流する前に凝縮する。凝縮した冷媒は蒸発器３に供給される前に受液器５に集められる。バイパス通路出口を、主回路Ａを介して受液器５に接続することによって、たとえ高温ガスが完全には凝縮していなくても、余剰ガスを受液器５に貯えることができる。これによって、先行技術において従来のバイパス回路で発生するような冷媒乾き度の蒸発器入口での増大が防止されて、蒸発器３での熱伝達効率の減少が回避できる。さらに、バイパスされた高温ガスの第１冷媒部分によって内部熱交換器４内で加熱されるため、蒸発器出口３ｂから出てくる冷媒の温度は、圧縮機入口１ａに到達する前に上昇する。このことは、圧縮機入口１ａの過熱度を増加させるのを助け、圧縮機１が冷媒液を吸引することから保護する。

図２は、第１の実施形態による循環システムのバイパス通路の運転の開始および終了の順序を説明する図である。循環システムの供給熱は、本発明におけるように、目標流れ温度と測定流れ温度との温度差に基づいて制御されることが知られている。目標流れ温度Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ＿ｆｌｏｗ}は外気温または設定された室温と測定された室温との温度差によっても決定される。圧縮機のサイクル数の範囲は、過負荷、振動などを避けるように設計される。たとえば、最大サイクル数は１２０Ｈｚ、最小サイクル数は３０Ｈｚである。本発明において、最小サイクル数における供給流れ温度Ｔ_{ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿ｍｉｎ}が、バイパス通路を作動させるための入力パラメータとして使用される（Ｔ_{ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿ｍｉｎ}＝Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ＿ｆｌｏｗ}＋ΔＴ_１、ΔＴ_１はたとえば１．５℃、循環システムを停止させる閾値未満）。熱負荷を増加させる必要があることは室温によって示されるので室温がバイパス通路運転を終了させるために用いられる。バイパス通路の作動中、サイクル数は最小サイクル数に固定される。

図２に示すように、図１に示す循環システムは、たとえば、測定流れ温度が目標流れ温度未満である限り、圧縮機の周波数の全範囲で運転される。測定流れ温度が目標流れ温度に等しいとき、圧縮機のサイクル数は最小周波数に固定される。バイパス通路は、測定流れ温度が目標流れ温度＋ΔＴ_１を超えて上昇した場合に作動され、測定された室温が目標室温−ΔＴ_２を超えている限り作動を続ける。測定された室温が目標室温−ΔＴ_２以下の場合、バイパス通路の作動が停止される。

バイパス通路を備えた第１の実施形態による循環システムによって実行される暖房運転の具体例を図３に示す。この制御は、流れ温度と所定の時間間隔内の圧縮機再始動回数（たとえば１時間について５回）がバイパス通路作動のトリガとして用いられる制御方針に基づく。室温の低下が検出されると、それは供給熱の増加が必要であることを意味し、通常の熱負荷モードに戻るためにバイパス通路の作動を停止する必要がある。ＬＥＶ−Ｃは所定の制御間隔内、たとえば１分毎に制御される。弁開度の増加および減少比率も予め定められ、それはたとえば１０％である。

図３の暖房運転において、ステップＳＴ1で圧縮機が最小周波数で動作しているかどうかが確認される。もし答えがＮＯの場合は、循環システムは通常サイクル（すなわちバイパス通路なし）にとどまる。もし答えがＹＥＳの場合は、ステップＳＴ２で供給流れ温度が目標流れ温度＋ΔＴ_１を超えているかどうかが確認される。もしＮＯであれば、システムは通常サイクルにとどまる。もしＹＥＳであれば、ＳＴ３で圧縮機の再始動回数が閾値を超えているかどうかが確認される。もしＮＯであれば、システムは通常サイクルにとどまる。もしＹＥＳであれば、バイパス通路が作動され、システムは第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃの開度を制御するためにステップＳＴ４からＳＴ１０を含む制御ループに進む。ステップＳＴ４において、供給流れ温度が目標流れ温度−ΔＴ_２より低いかどうかが確認される。もしＮＯであれば、システムはステップＳＴ５に進む。もしＹＥＳであれば、システムはステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ５において、供給流れ温度が目標流れ温度＋ΔＴ_１を超えているかどうかが確認される。もしＮＯであれば、システムはステップＳＴ１０に進む。もしＹＥＳであれば、システムはステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６において、第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃが全開であるかどうかが確認される。もしＹＥＳであれば、システムはステップＳＴ１０に進む。もしＮＯであれば、ＬＥＶ−Ｃの開度が増やされ（ステップＳＴ７）、システムはステップＳＴ１０に進む。

ステップＳＴ８において、第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃが全閉であるかどうかが確認される。もしＹＥＳであれば、システムはステップＳＴ１０に進む。もしＮＯであれば、ＬＥＶ−Ｃの開度が減らされ（ステップＳＴ９）、システムはステップＳＴ１０に進む。

ステップＳＴ１０において、室温が目標室温−ΔＴ_３未満であるかどうかが確認される。もしＮＯであれば、バイパス通路は作動を続け、システムはステップＳＴ４に戻る。もしＹＥＳであれば、第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃは閉じられ、バイパス通路の作動を停止してシステムは通常の循環運転に戻る。

図４および５は、図１の循環システムによって実行される暖房運転のさらなる好適な実施形態を示す。この実施形態は、循環システムの供給熱を監視する。この供給熱は、循環システムのコントローラ（図１には非表示）に保存されている循環システムの性能マップから得られる循環システムの最小熱容量と比較される。供給熱は次の式で計算される。
Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}＝ρ_{ｗａｔｅｒ}×Ｃ_{ｐ，ｗａｔｅｒ}×Ｆｗ×（Ｔ_{ｗａｔｅｒ，ｓｕｐｐｌｙ}−Ｔ_{ｗａｔｅｒ，ｒｅｔｕｒｎ}）
ここで、
Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}：供給熱（ｋＷ）、ρ_{ｗａｔｅｒ}：水の密度（ｋｇ／Ｌ）、
Ｃ_{ｐ，ｗａｔｅｒ}：比熱（ｋＪ／ｋｇＫ）、Ｆｗ：水の流量（Ｌ／ｓ）、
Ｔ_{ｗａｔｅｒ，ｓｕｐｐｌｙ}:供給流れ温度、Ｔ_{ｗａｔｅｒ，ｒｅｔｕｒｎ}:戻り流れ温度

オン／オフサイクルを含む所定の時間間隔内、たとえば３０分間の計算された平均供給熱が、同じ運転状態における循環システムの最小容量を下回る場合、バイパスサイクルが開始される。供給熱の減少によってＬＥＶ−Ｃの開度が増加する。たとえば、供給熱が１０％減少すると、ＬＥＶ−Ｃの開度は１０％増加する。循環システムの性能マップは、水温および外気温の種々の試験条件下での最小周波数における循環システム容量データに基づいて作られる。運転条件における最小容量は以下の式を用いて計算される。
Q(w1,ta)={Q(w1,t1)×(t2-ta)+Q(w1,t2)×(ta-t1)}/(t2-t1)
Q(w2,ta)={Q(w2,t1)×(t2-ta)+Q(w2,t2)×(ta-t1)}/(t2-t1)
Q(tw,ta)={Q(w1,ta)×(w2-tw)+Q2(w2,ta)×(tw-w1)}/(w2-w1)
ここで
Ｑ：容量（ｋＷ）、ｔｗ：測定された供給流れ温度、ｔａ：測定された外気温、ｔ１，ｔ２：外気温の参照データ、ｗ１，ｗ２：供給流れ温度の参照データ

図５は、バイパス通路を備えた本発明の循環システムの第２の実施形態による暖房運転のフロー図を示す。通常のサイクル（すなわち、バイパス通路不作動）の間に、ステップＳＴ１において、圧縮機が最小サイクル数で動作しているかどうかが確認される。もし答えがＮＯであれば、システムは通常サイクル運転にとどまる。もし答えがＹＥＳであれば、バイパス通路が作動され、システムはステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２において、現在の供給熱および最小容量が計算される。その後、システムはステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３において、供給熱が最小容量よりも１０％少ないかどうかが確認される。もしＹＥＳであれば、システムはステップＳＴ４に進む。もしＮＯであれば、システムはステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ４において、第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃが全開であるかどうかが確認される。もしＹＥＳであれば、システムはステップＳＴ２に戻る。もしＮＯであれば、ＬＥＶ−Ｃの開度は１０％増やされ、システムはステップＳＴ２に戻る。ステップＳＴ６において、第２膨張弁ＬＥＶ−Ｃが全閉であるかどうかが確認される。もしＮＯであれば、ＬＥＶ−Ｃの開度は１０％減らされ、システムはステップＳＴ２に戻る。もしＹＥＳであれば、バイパス通路の作動を停止してシステムは通常の循環運転になる。

図６は、本発明による暖房および／または冷房用循環システムの第３の実施形態を示す。以下において、図１に示される第１の実施形態による循環システムと第３の実施形態の循環システムとの間の相違点のみを記載する。図１の循環システムとは対照的に、図３の循環システムにおいて内部熱交換器４は主回路Ａに逆に接続されている。図３の循環システムにおいて、内部熱交換器第１入口４ａおよび内部熱交換器第１出口４ｂは内部熱交換器４の第２流路に接続され、内部熱交換器第２入口４ｃおよび内部熱交換器第２出口４ｄは内部熱交換器４の第１流路に接続される。加えて、供給ライン６、戻りライン８、ならびに第１電磁弁７および第２電磁弁９が実施形態３の循環システムから省略されている。内部熱交換器４が逆に接続されることで、内部熱交換器４における圧力レベルが逆になる。蒸発器出口３ｂに接続されている低圧側において、第１の実施形態の循環システムに比べて冷媒の流量が増加する。熱伝達係数の変化によって、図６の内部熱交換器４の性能が変化する。さらに、実施形態３の内部熱交換器４は実施形態１におけるものよりもさらにコンパクトにできる。

別の相違点は、図６の循環システムにおいて、第２の接続点Ｐ２が受液器５の中に配置されることである。第３の実施形態の受液器５は、凝縮器２からの冷媒流れと内部熱交換器４からの冷媒流れとを受液器５内で合流させることができる、もう１つの入口５ｃを有する。このことは循環システム内の省エネルギーを向上させる。

第３の実施形態による循環システムは、図３および５ならびに関連する説明に示される暖房運転方法を実行するようにも構成されている。

Claims (15)

1. 冷媒を循環させるための主回路であって、前記冷媒の流れ方向に順次接続されている圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器を有する主回路と、
   第１冷媒部分に前記凝縮器をバイパスさせるためのバイパス通路であって、前記バイパス通路は第１接続点および第２接続点で前記主回路に接続され、前記第１接続点は圧縮機出口と凝縮器入口との間に配置され、前記第２接続点は凝縮器出口と蒸発器入口との間に配置される、バイパス通路と、
   を備える暖房および／または冷房用の循環システムであって、
   前記バイパス通路は、
   前記第１冷媒部分と第２冷媒部分との熱交換を行うための内部熱交換器と、
   前記冷媒の前記流れ方向に続いて接続される第２膨張弁とを含み、
   前記第２冷媒部分は蒸発器出口と圧縮機入口との間から分岐され、かつ前記蒸発器出口と前記圧縮機入口との間に戻され、
   前記主回路は受液器を備え、前記受液器は、前記第２接続点に配置されて前記バイパス通路に接続される、または前記第２接続点と前記蒸発器入口との間に配置されることを特徴とする暖房および／または冷房用の循環システム。
2. 前記第１膨張弁が、前記第２接続点と前記蒸発器入口との間、または前記凝縮器出口と前記第２接続点との間に配置される、請求項１に記載の循環システム。
3. 前記第１膨張弁が前記第２接続点と前記蒸発器入口との間に配置され、前記主回路が、前記凝縮器出口と前記第２接続点との間に配置される第３膨張弁をさらに備える、請求項１に記載の循環システム。
4. 前記内部熱交換器が、少なくとも、前記第１冷媒部分を通す第１流路および前記第２冷媒部分を通す第２流路を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の循環システム。
5. 前記内部熱交換器が、
   二重管熱交換器、ねじり管式熱交換器、対向流熱交換器、並行流熱交換器、両熱交換面にマイクロチャネルおよび／もしくはマイクロフィンを備える熱交換器、または両熱交換面がマイクロチャネルおよび／もしくはマイクロフィンからなる熱交換器である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の循環システム。
6. 前記内部熱交換器が、前記第２冷媒部分を前記内部熱交換器に供給するための供給ラインを備え、前記供給ラインは前記第２冷媒部分の供給流れを制御するための第１電磁弁を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の循環システム。
7. 前記内部熱交換器が、前記第２冷媒部分を前記内部熱交換器に供給するための供給ラインおよび前記第２冷媒部分を前記主回路に戻すための戻りラインを備え、
   前記供給ラインおよび前記戻りラインはそれぞれ第３および第４接続点で前記主回路に接続され、
   前記主回路は、前記第３および第４接続点の間の前記冷媒の流れを制御するために、前記第３および第４接続点の間に配置された第２電磁弁を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の循環システム。
8. 前記凝縮器が冷媒−水熱交換器または冷媒−空気熱交換器であり、前記蒸発器が冷媒−空気熱交換器である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の循環システム。
9. 前記主回路は、前記圧縮機出口と前記凝縮器入口との間に配置され、前記循環システムを暖房運転と冷房運転との間で切り替える四方弁を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の循環システム。
10. １つ以上の所定の条件に合致した場合に前記バイパス通路が作動または作動停止される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の循環システムによって実行される暖房および／または冷房運転方法。
11. 前記バイパス通路が、前記第２膨張弁を開くことによって作動され、前記第２膨張弁を閉じることによって作動停止される、請求項１０に記載の暖房および／または冷房運転方法。
12. 前記暖房運転において、
    所定の時間間隔について圧縮機の再始動回数が所定の閾値を超えるときに前記バイパス通路が作動され、
    室温が所定の室温の閾値を下回るときに前記バイパス通路が作動停止される、
    請求項１０または請求項１１に記載の暖房および／または冷房運転方法。
13. 前記暖房運転において、
    前記バイパス通路が作動され、前記圧縮機が所定の最小サイクル数で動作し、前記冷媒の供給流れ温度が第１閾値温度を超えるときに前記第２膨張弁の開度が増やされ、
    前記バイパス通路が作動され、前記圧縮機が所定の最小サイクル数で動作し、前記冷媒の供給流れ温度が第２閾値温度を下回るときに前記第２膨張弁の開度が減らされる、
    請求項１２に記載の暖房および／または冷房運転方法。
14. 前記暖房運転において、
    所定の時間間隔についての平均供給熱が計算され、
    運転中の供給流れ温度および外気温状態の下での最小容量が計算され、
    前記平均供給熱が前記最小容量を下回るときに前記バイパス通路が作動される、
    請求項１１に記載の暖房および／または冷房運転方法。
15. 前記暖房運転において、
    前記第２膨張弁の開度は、前記平均供給熱が前記最小容量を下回るパーセンテージと同じパーセンテージ増やされる、請求項１４に記載の暖房および／または冷房運転方法。

Images