CN203421870U - 制冷循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供制冷循环系统,特征在于内部热交换器具备:第一内部热交换器;第二内部热交换器;设在将负荷侧热交换器的出口侧分支成第一内部热交换器高压侧流路及第二内部热交换器高压侧流路的分支部与第二内部热交换器高压侧流路入口侧之间的第一高压侧流路切换装置;设在将第一内部热交换器高压侧流路及第二内部热交换器高压侧流路合流的合流部与膨胀机构之间的第二高压侧流路切换装置;从连接第一高压侧流路切换装置及第二内部热交换器高压侧流路的配管处分支并连接于第二高压侧流路切换装置与膨胀机构之间的配管的高压侧旁通配管;设于高压侧旁通配管的第三高压侧流路切换装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及具备使从冷凝器出口到膨胀机构的高压侧的制冷剂与从蒸发器出口到压缩机吸入的低压侧的制冷剂进行热交换的内部热交换器的制冷循环系统。
背景技术
在现有技术中,提出了具备使从冷凝器出口到膨胀机构的高压侧的制冷剂与从蒸发器出口到压缩机吸入的低压侧的制冷剂进行热交换的内部热交换器的制冷循环系统的方案。具有以下效果:通过在内部热交换器使高压侧的制冷剂与低压侧的制冷剂进行热交换,可以使从蒸发器出口流出的液体制冷剂蒸发,防止过剩的液体制冷剂返回压缩机(以下称为回液),防止因压缩机的润滑油的浓度降低引起烧结。另外,还具有以下效果:通过加大蒸发器的出入口热函差来降低制冷剂循环量,提高COP(制冷能力或制热能力除以输入后的值)(例如参考专利文献1)。
专利文献1:日本特开2010-282384号公报
但是,在专利文献1的技术中,由于内部热交换器的交换热量是恒定的,因此,在负荷过渡性变化、制冷剂循环量增加、发生回液的情况下,或在除霜运行下液体制冷剂积存在压缩机中的情况下等,不能使内部热交换器的交换热量增加。因此,存在因负荷过渡性变化时的回液导致压缩机的循环用的油浓度降低、可靠性降低这样的问题。
作为该过渡性的回液的解决方法,考虑了增加内部热交换器的配管路径长度或加大内部热交换器的配管直径等来增加传热面积的方法。但是,在制冷循环系统中,从蒸发器出口到压缩机吸入的压力损失对COP的降低有非常大的影响。如果增加内部热交换器的配管路 径的长度,则虽然在发生回液时有效,但在不发生回液的情况下,压力损失的增大会导致COP降低。另外,如果加大内部热交换器的配管直径,则制冷剂流速会降低,冷冻机油不能随着制冷剂的流动而返回压缩机,会引起烧结。
另外,如果压缩机的排出温度过度地上升,则驱动压缩机的电机的磁铁会发生去磁,出现压缩机的性能降低或丧失这样的问题。在这种情况下,需要降低压缩机的吸入干度以抑制排出温度。而如专利文献1的技术那样,在内部热交换器的容量是恒定的情况下,即使排出温度异常上升时内部热交换器也进行热交换,因此很难使压缩机的吸入干度降低。
实用新型内容
本实用新型是为了解决上述课题而做出的,目的是提供在回液或排出温度异常上升时可以提高可靠性同时进行高效率运行的制冷循环系统。
作为本实用新型的第一方面,一种制冷循环系统,其特征在于,具备制冷剂回路,该制冷剂回路利用配管连接压缩机、负荷侧热交换器、内部热交换器、膨胀机构以及热源侧热交换器而使制冷剂循环;所述内部热交换器具备:第一内部热交换器,该第一内部热交换器使在高压侧流路流动的制冷剂与在低压侧流路流动的制冷剂进行热交换;第二内部热交换器,该第二内部热交换器使在高压侧流路流动的制冷剂与在低压侧流路流动的制冷剂进行热交换;第一高压侧流路切换装置,该第一高压侧流路切换装置设置在分支部与所述第二内部热交换器的高压侧流路的入口侧之间,该分支部将所述负荷侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的高压侧流路;第二高压侧流路切换装置,该第二高压侧流路切换装置设置在合流部与所述膨胀机构之间,该合流部将所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的高压侧流路合流;高压侧旁通配管,该高压侧旁通配管从连接所述第一高压侧 流路切换装置与所述第二内部热交换器的高压侧流路的配管处分支,并连接于所述第二高压侧流路切换装置与所述膨胀机构之间的配管;和第三高压侧流路切换装置,该第三高压侧流路切换装置设置于所述高压侧旁通配管。
作为本实用新型的第二方面,如第一方面所述的制冷循环系统,其特征在于,所述内部热交换器具备:第一低压侧流路切换装置,该第一低压侧流路切换装置设置在将所述热源侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的分支部与所述第二内部热交换器的低压侧流路的入口侧之间;第二低压侧流路切换装置,该第二低压侧流路切换装置设置在将所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路合流的合流部与所述压缩机之间;低压侧旁通配管,该低压侧旁通配管从连接所述第一低压侧流路切换装置以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的配管处分支,并连接于所述第二低压侧流路切换装置与所述压缩机之间的配管;和第三低压侧流路切换装置,该第三低压侧流路切换装置设置于所述低压侧旁通配管。
作为本实用新型的第三方面,如第一方面所述的制冷循环系统,其特征在于,所述内部热交换器具备:第四高压侧流路切换装置,该第四高压侧流路切换装置设置在将所述负荷侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的高压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的高压侧流路的入口侧之间;和第四低压侧流路切换装置,该第四低压侧流路切换装置设置在将所述热源侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的低压侧流路的入口侧之间。
作为本实用新型的第四方面,如第二方面所述的制冷循环系统,其特征在于,所述内部热交换器具备:第四高压侧流路切换装置,该第四高压侧流路切换装置设置在将所述负荷侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的 高压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的高压侧流路的入口侧之间;和第四低压侧流路切换装置,该第四低压侧流路切换装置设置在将所述热源侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的低压侧流路的入口侧之间。
作为本实用新型的第五方面,如第四方面所述的制冷循环系统,其特征在于,所述第一低压侧流路切换装置以及所述第四低压侧流路切换装置由一个三通阀构成,所述第二低压侧流路切换装置以及所述第三低压侧流路切换装置由一个三通阀构成,所述第一高压侧流路切换装置以及所述第四高压侧流路切换装置由一个三通阀构成,所述第二高压侧流路切换装置以及所述第三高压侧流路切换装置由一个三通阀构成。
本实用新型通过能够切换并联运行模式和串联运行模式,可以得到在回液或排出温度异常上升时可以提高可靠性同时可以进行高效率运行的制冷循环系统。
附图说明
图1是表示第一实施方式的制冷循环系统的结构的图。
图2是表示第一实施方式的“并联运行模式”的制冷剂回路结构的图。
图3是第一实施方式的“并联运行模式”的压力-热函所示的循环特性图。
图4是表示第一实施方式的“串联运行模式”的制冷剂回路结构的图。
图5是第一实施方式的“串联运行模式”的压力-热函所示的循环特性图。
图6是表示第一实施方式的“串联运行模式”的发生回液时的控制流程的图。
图7是表示第一实施方式的“串联运行模式”的起动时和除霜恢 复时的控制流程的图。
图8是表示第一实施方式的“旁通运行模式”的制冷剂回路结构的图。
图9是第一实施方式的“旁通运行模式”的压力-热函所示的循环特性图。
图10是表示第一实施方式的“旁通运行模式”的控制流程的图。
图11是表示第二实施方式的制冷循环系统的结构的图。
图12是表示第一实施方式的制冷循环系统的另外结构例的图。
图13是表示第一实施方式的制冷循环系统的另外结构例的图。
图14是表示第一实施方式的制冷循环系统的另外结构例的图。
附图标记说明
1压缩机,2四通阀,3负荷侧热交换器,4内部热交换器,5膨胀阀,6热源侧热交换器,7第一内部热交换器,8第二内部热交换器,9第一低压侧三通阀,10第二低压侧三通阀,11第一高压侧三通阀,12第二高压侧三通阀,9a第一低压侧二通阀,9b第四低压侧二通阀,10a第二低压侧二通阀,10b第三低压侧二通阀,11a第一高压侧二通阀,11b第四高压侧二通阀,12a第二高压侧二通阀,12b第三高压侧二通阀,13第二高压侧旁通配管,14第二低压侧旁通配管,15第一低压侧旁通配管,16第一高压侧旁通配管,17桥式回路,17a止回阀,17b止回阀,17c止回阀,17d止回阀。
具体实施方式
第一实施方式
图1是表示第一实施方式的制冷循环系统的结构的图。
如图1所示,第一实施方式的制冷循环系统具备制冷剂回路,该制冷剂回路利用制冷剂配管连接压缩机1、四通阀2、负荷侧热交换器3、内部热交换器4、膨胀阀5以及热源侧热交换器6,使制冷剂循环。
压缩机1吸入制冷剂,压缩该制冷剂,使其形成高温高压的状态。
四通阀2与压缩机1、负荷侧热交换器3、内部热交换器4以及热 源侧热交换器6连接。四通阀2切换从压缩机1排出的制冷剂的流路,而且,切换流入内部热交换器4的制冷剂的流路。
负荷侧热交换器3用于发挥冷凝器(散热器)或蒸发器的功能,在热介质(空气或水等)与制冷剂之间进行热交换,使制冷剂进行冷凝液化或蒸发气化。负荷侧热交换器3是由以传热管和多个翅片组成的横翅片式的翅片管型热交换器构成,例如在从省略了图示的鼓风机构供应的空气(热介质)和制冷剂之间进行热交换。
膨胀阀5用于使制冷剂减压并膨胀。该膨胀阀5例如由可以控制开度变化的电子膨胀阀构成。另外,膨胀阀5相当于本实用新型的“膨胀机构”。
热源侧热交换器6用于发挥蒸发器或冷凝器(散热器)的功能,在热介质(空气或水等)与制冷剂之间进行热交换,使制冷剂进行蒸发气化或冷凝液化。热源侧热交换器6是由以传热管和多个翅片组成的横翅片式的翅片管型热交换器构成,例如在从省略了图示的鼓风机供应的空气(热介质)和制冷剂之间进行热交换。
内部热交换器4具备:第一内部热交换器7、第二内部热交换器8、第一低压侧三通阀9、第二低压侧三通阀10、第一高压侧三通阀11、第二高压侧三通阀12、第二高压侧旁通配管13、第二低压侧旁通配管14、第一低压侧旁通配管15以及第一高压侧旁通配管16。
第一内部热交换器7具有高压侧流路和低压侧流路,在高压侧流路流动的制冷剂与在低压侧流路流动的制冷剂之间进行热交换。
第二内部热交换器8具有高压侧流路和低压侧流路,在高压侧流路流动的制冷剂与在低压侧流路流动的制冷剂之间进行热交换。
第一高压侧三通阀11设置在第一内部热交换器7及第二内部热交换器8的高压侧流路的一方侧(上游侧)与负荷侧热交换器3的出口侧之间。第一高压侧三通阀11连接第一内部热交换器7的高压侧流路、第二内部热交换器8的高压侧流路以及负荷侧热交换器3的出口侧,切换制冷剂的流路。
第一高压侧旁通配管16从连接第一内部热交换器7的高压侧流路 和第二内部热交换器8的高压侧流路的配管分支,与第二高压侧三通阀12连接。
第二高压侧三通阀12设置在第一内部热交换器7及第二内部热交换器8的高压侧流路的另一方侧(下游侧)与膨胀阀5之间。第二高压侧三通阀12连接第一高压侧旁通配管16、第二高压侧旁通配管13以及膨胀阀5,切换制冷剂的流路。
第二高压侧旁通配管13从连接第一高压侧三通阀11和第二内部热交换器8的高压侧流路的配管分支,连接第二内部热交换器8的高压侧流路和第二高压侧三通阀12。
另外,第一高压侧三通阀11相当于本实用新型的“第一高压侧流路切换装置”。另外,第二高压侧三通阀12相当于本实用新型的“第二高压侧流路切换装置”。另外,第二高压侧旁通配管13相当于本实用新型的“高压侧旁通配管”。
第一低压侧三通阀9设置在第一内部热交换器7及第二内部热交换器8的低压侧流路的一方侧(上游侧)与热源侧热交换器6的出口侧之间。第一低压侧三通阀9连接第一内部热交换器7的低压侧流路、第二内部热交换器8的低压侧流路以及负荷侧热交换器3的出口侧,切换制冷剂的流路。
第一低压侧旁通配管15从连接第一内部热交换器7的低压侧流路和第二内部热交换器8的低压侧流路的配管分支,与第二低压侧三通阀10连接。
第二低压侧三通阀10设置在第一内部热交换器7及第二内部热交换器8的低压侧流路的另一方侧(下游侧)与压缩机1之间。第二低压侧三通阀10连接第一低压侧旁通配管15、第二低压侧旁通配管14以及压缩机1,切换制冷剂的流路。
第二低压侧旁通配管14从连接第一低压侧三通阀9和第二内部热交换器8的低压侧流路的配管分支,连接第二内部热交换器8的低压侧流路和第二低压侧三通阀10。
另外,第一低压侧三通阀9相当于本实用新型的“第一低压侧流 路切换装置”。并且,第二低压侧三通阀10相当于本实用新型的“第二低压侧流路切换装置”。并且,第二低压侧旁通配管14相当于本实用新型的“低压侧旁通配管”。
另外,第一高压侧三通阀11、第二高压侧三通阀12、第一低压侧三通阀9以及第二低压侧三通阀10不局限于三通阀,只要可切换流路即可。例如,也可以组合多个开关阀等开闭双向流路的装置来切换流路。
另外,省略了图示的控制装置由微型计算机等构成,控制压缩机1的驱动频率、四通阀2的切换、膨胀阀5的开度等。另外,控制装置通过第一高压侧三通阀11、第二高压侧三通阀12、第一低压侧三通阀9以及第二低压侧三通阀10来切换制冷剂的流路,从而执行后述的各运行模式。
以下,就第一实施方式的制冷循环系统的运行动作进行说明。
第一实施方式的制冷循环系统可切换并联运行模式、串联运行模式以及旁通运行模式。
首先,就“并联运行模式”进行说明。
图2是表示第一实施方式的“并联运行模式”的制冷剂回路结构的图。
在并联运行模式下,将第一高压侧三通阀11设定成,使从负荷侧热交换器3流出的制冷剂流入第一内部热交换器7的高压侧流路和第二内部热交换器8的高压侧流路双方。
另外,将第二高压侧三通阀12设定成,使经过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8的高压侧流路并通过了第一高压侧旁通配管16的制冷剂流入膨胀阀5,使通过了第二高压侧旁通配管13的制冷剂不流入膨胀阀5。
另外,将第一低压侧三通阀9设定成,使从热源侧热交换器6流出并通过了四通阀2的制冷剂流入第一内部热交换器7的低压侧流路和第二内部热交换器8的低压侧流路双方。
另外,将第二低压侧三通阀10设定成,使经过第一内部热交换器 7和第二内部热交换器8的低压侧流路并通过了第一低压侧旁通配管15的制冷剂流入压缩机1,使通过了第二低压侧旁通配管14的制冷剂不流入压缩机1。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在分别流过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8的高压侧流路之后流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂在分别流过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8的低压侧流路之后流入压缩机1。
以下,沿着制热运行时的制冷剂的流动,利用图3就各元件的功能和制冷剂的状态进行说明。
图3是第一实施方式的“并联运行模式”的压力-热函表示的循环特性图。
从压缩机1排出的制冷剂成为高温高压的气体制冷剂(点A)。高温高压的气体制冷剂通过四通阀2,在负荷侧热交换器3与热介质(空气或水等)进行热交换,从而进行冷凝,成为高压的液体制冷剂(点B)。另外,在内部热交换器4,制冷剂并行地流过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8,高压液体的制冷剂和低压气体的制冷剂进行热交换,从而高压液体的制冷剂被冷却(点C)。高压液体的制冷剂在膨胀阀5被减压,成为低压二相的制冷剂(点D)。低压二相的制冷剂在热源侧热交换器6与热介质(空气或水等)进行热交换而蒸发(点E)。另外,在内部热交换器4,制冷剂并行地流过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8,高压液体的制冷剂和低压气体的制冷剂进行热交换,从而制冷剂过热(点F),返回到压缩机1的吸入。
另外,为了促进、调节负荷侧热交换器3或热源侧热交换器6的热交换,在将空气作为热介质的情况下使用鼓风机,在将水等液体作为热介质的情况下使用泵等,也可以增减空气的风量或水的流量。在后述的其他运行模式下也同样。
在制冷循环系统中,如果发生负荷变化或除霜运行等过渡性地回液,则压缩机1的润滑用的油(以下称为冷冻机油)的浓度就降低,润滑变得不够,发生压缩机烧结的问题。
作为该过渡性回液的解决方法,如专利文献1的技术所示,考虑有增加内部热交换器的配管路径的长度或使用更粗的内部热交换器4的配管等来增加传热面积的方法。但是,在制冷循环系统中,从蒸发器出口到压缩机吸入的压力损失对COP的降低有很大的影响。如果增加内部热交换器4的配管路径的长度,则虽然在发生回液时有效,但在不发生回液的情况下,由于压力损失增大而导致COP降低。另外,如果加大内部热交换器4的配管直径,则制冷剂的流速降低,冷冻机油就不能随着制冷剂的流动返回压缩机1,会引起烧结。
在第一实施方式的“并联运行模式”下,将第一内部热交换器7和第二内部热交换器的截面面积设定成,形成冷冻机油可以随着制冷剂的流动返回压缩机1的程度的制冷剂流速。如果这样,可以既抑制压力损失又进行热交换,可以确保可靠性同时以高COP进行运行。
在该“并联运行模式”下,在因负荷变化等过渡性地发生回液的情况下,需要尽快减少向压缩机1的吸入进行返回的液体制冷剂的量。
在这种情况下,第一实施方式的制冷循环系统切换到“串联运行模式”。
以下,就“串联运行模式”进行说明。
图4是表示第一实施方式的“串联运行模式”的制冷剂回路结构的图。
在串联运行模式下,将第一高压侧三通阀11设定成,使从负荷侧热交换器3流出的制冷剂流入第一内部热交换器7的高压侧流路,而不流入第二内部热交换器8的高压侧流路。
另外,将第二高压侧三通阀12设定成,使通过了第一内部热交换器7的高压侧流路的制冷剂不经由第一高压侧旁通配管16流入膨胀阀5,而使通过了第二高压侧旁通配管13的制冷剂流入膨胀阀5。
另外,将第一低压侧三通阀9设定成,使从热源侧热交换器6流出并通过了四通阀2的制冷剂流入第一内部热交换器7的低压侧流路,而不流入第二内部热交换器8的低压侧流路。
并且,将第二低压侧三通阀10设定成,使通过了第一内部热交换 器7的低压侧流路的制冷剂不经由第一低压侧旁通配管15流入压缩机1,而使通过了第二低压侧旁通配管14的制冷剂流入压缩机1。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在流过第一内部热交换器7的高压侧流路之后流过第二内部热交换器8的高压侧流路,经由第二高压侧旁通配管13流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂在流过第一内部热交换器7的低压侧流路之后流过第二内部热交换器8的低压侧流路,经由第二低压侧旁通配管14流入压缩机1。
以下,沿着制热运行时的制冷剂的流动,利用图5就各元件的功能和制冷剂的状态进行说明。
图5是表示第一实施方式的“串联运行模式”的压力-热函所示的循环特性图。
从压缩机1排出的制冷剂成为高温高压的气体制冷剂(点G)。高温高压的气体制冷剂通过四通阀2,在负荷侧热交换器3与热介质(空气或水等)进行热交换,从而进行冷凝,成为高压的液体制冷剂(点H)。另外,在内部热交换器4,制冷剂串行地流过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8,高压液体的制冷剂和低压气体的制冷剂进行热交换,从而高压液体的制冷剂在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8的两个阶段被冷却(点I、点J)。高压液体的制冷剂在膨胀阀5被减压,成为低压二相的制冷剂(点K)。低压二相的制冷剂在热源侧热交换器6与热介质(空气或水等)进行热交换而蒸发(点L)。另外,在内部热交换器4,制冷剂串行地流过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8,高压液体的制冷剂和低压气体的制冷剂进行热交换,从而在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8的两个阶段进行过热(点M、点N),返回到压缩机1的吸入。
在此,就“串联运行模式”的效果进行说明。
在“并联运行模式”下,第一内部热交换器7和第二内部热交换器8相对制冷剂的流动方向为并联地构成内部热交换器4,相对于此,在“串联运行模式”下,第一内部热交换器7和第二内部热交换器8 相对制冷剂的流动方向为串联地构成内部热交换器4,在以上方面有所不同。在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8并联排列的情况下和串联排列的情况下,高压制冷剂与低压制冷剂进行热交换的传热面积相同,但是串联排列时的传热率较大。因此,当发生回液时,对于内部热交换器4的传热性能高、可以使向压缩机1的吸入进行返回的液体制冷剂更多地蒸发的“串联运行模式”,可靠性得到提高。
一般来说,在交换能量Q、热交换器的传热面积A、传热率K、高压制冷剂和低压制冷剂的温度差dT之间有以算式1表示的关系。
[算式1]
Q=A·K·dT…(1)
在制冷剂在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8并行地流动的情况下与制冷剂串行地流动的情况下,传热面积A相同。另外,也可以认为温度差dT基本相同。因此,内部热交换器4的交换热量Q对传热率K的影响大。
对于传热率K,作为单相紊流的算式,已知有算式2所示的Dittus-Boelter的算式。
[算式2]
Nu=0.023·Re0.8·Pr0.4…(2)
Nu=α·d/λ…(3)
Re=u·d/υ…(4)
Pr=υ/a…(5)
K=(1/αi+δ/λ′+1/αo)…(6)
在此,α:传热率,d:代表长度,λ:动态粘性系数,u:制冷剂流速,v:动态粘性系数,a:温度传导率,δ:隔开高压侧和低压侧的板的厚度,λ’:隔开高压侧和低压侧的板的传热率,αi:管内侧的传热率,αo:管外侧的传热率。
在该Dittus-Boelter的算式中,Nu是表示传热率大小的无量纲数,Pr是表示物性影响的无量纲数,Re是表示流动的紊流的影响的无量 纲数。
在制冷剂在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8并行地流动的情况下与制冷剂串行地流动的情况下,若物性值相同,则Pr在第一内部热交换器7与第二内部热交换器8并联的情况下与串联的情况下相同,因此,Re对Nu的影响最大。
在并联运行模式的情况下,制冷剂分别在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8中流动,相对于此,在串联运行模式的情况下,在通过第一内部热交换器7之后通过第二内部热交换器8。因此,在串联运行模式的情况下,与并联运行模式的情况相比,两倍流量的制冷剂在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8中流动。因此,在串联运行模式的情况下,由于制冷剂流速增大而使得Re增加,促进传热,可以得到更大的交换热量。
即,当发生回液时,如果通过串联运行模式,使制冷剂在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8中串行地流动,则内部热交换器4中的交换热量增大,使更多的液体制冷剂气化而向压缩机1的吸入进行返回,因此可以减少液体制冷剂对冷冻机油造成的稀释,提高了可靠性。
而且,作为串联运行模式的效果,认为提高了在起动开始时或从除霜运转转换成通常运转的除霜恢复时的制热能力的上升速度。在开始起动时或除霜恢复时,构成制冷循环系统的配管、热交换器等处于冷的状态。因此,在起动时或除霜恢复时,需要加热一下冷的配管、热交换器。因此,向负荷侧供应高温的空气或水之前需要一些时间,会导致使用者不适。
在开始起动时或除霜恢复时,通过形成“串联运行模式”,可以增加压缩机1的吸入干度,压缩机1的排出温度上升,因此可以高效率地加热冷的配管、热交换器等,可以快速地向负荷侧提供高温的吹出空气或水。
在此,就在并联运行模式下检测到向压缩机1发生了回液的情况下、切换到串联运行模式的控制动作进行说明。
图6是表示第一实施方式的“串联运行模式”的发生回液时的控制流程的图。以下基于图6进行说明。
在步骤1中,控制装置判断是否发生了回液。对于发生回液的判断,例如在压缩机1的排出部安装压力传感器和温度传感器,在温度传感器测量的温度与根据压力传感器测量的压力计算的制冷剂的饱和温度之差即排出过热度低于规定值的情况下,判断发生了回液。另外,例如在压缩机1的吸入部安装压力传感器和温度传感器,在温度传感器测量的温度与根据压力传感器测量的压力计算的制冷剂的饱和温度之差即吸入过热度低于规定值的情况下,判断发生了回液。
如果在步骤1中判断未发生回液,就切换到“并联运行模式”,继续确认是否发生回液。
如果在步骤1中判断发生了回液,就在步骤2中切换到“串联运行模式”。
在步骤3中,控制装置判断在切换到“串联运行模式”之后是否还继续发生回液。如果继续发生回液,就继续“串联运行模式”。
如果在步骤3中判断回液已经消除,就在步骤4中切换到“并联运行模式”,返回步骤1重复进行上述动作。
另外,在判断是否发生回液之后,若立即进行“并联运行模式”和“串联运行模式”的切换,则在回液发生的判断值的前后使制冷循环系统进行动作的情况下,由于频繁进行切换,设备有可能变得不稳定。因此,较好的是在回液发生的持续时间或阈值的前后具有宽限范围等地设置差量。
以下,就制冷循环系统开始运行时(开始起动时)或除霜运行结束时(除霜恢复时),向串联运行模式的切换控制动作进行说明。
图7是表示第一实施方式的“串联运行模式”的起动时和除霜恢复时的控制流程的图。
在步骤1中,控制装置判断是否起动开始或除霜恢复。对于起动开始的判断,例如在通过遥控器等的操作指令使制冷循环系统开始运行的情况下,判断起动开始。对于除霜恢复的判断,例如在用热气方 式进行除霜运行的情况下,在向当制热运行时发挥蒸发器作用的热源侧热交换器6暂时切换四通阀2而供给来自压缩机1的热气的除霜运行之后,切换四通阀2,重新使热源侧热交换器6发挥蒸发器的作用,在这种情况下判断除霜恢复。
在步骤1中,如果未检测到起动开始或除霜恢复,就切换到“并联运行模式”,继续判断是否有起动开始或除霜恢复。
在步骤1中,如果检测到起动开始或除霜恢复,就在步骤2中切换到“串联运行模式”。
在步骤3中,控制装置判断“串联运行模式”的运行时间是否经过了规定时间。如果未经过规定时间,就继续“串联运行模式”。例如将该规定时间设定为使设备足够热的时间。
在步骤3中判断出回液已消除的情况下,在步骤4中切换到“并联运行模式”,返回步骤1并重复上述动作。
在步骤3中经过了规定时间的情况下,在步骤4中切换到“并联运行模式”,返回步骤1并重复上述动作。
另外,在步骤3中将规定时间的经过作为判断基准,但作为其他的判断基准,也可以在压缩机1的排出部的过热度或制冷剂温度为规定值以上的情况下切换到并联运行模式。
以下,就“旁通运行模式”进行说明。
如果压缩机1的排出温度过度上升,则驱动压缩机1的电机的磁铁消磁,会导致压缩机1的性能下降或丧失这样的问题。在这种情况下,需要降低压缩机1的吸入干度,抑制排出温度。像专利文献1的技术那样,在内部热交换器的容量恒定的情况下,即使在排出温度异常上升时内部热交换器也进行热交换,因此很难使压缩机的吸入干度下降。
在第一实施方式的制冷循环系统的“旁通运行模式”下,可以使内部热交换器4的交换热量为零,能够尽快响应排出温度的异常上升,因此可靠性得到提高。
图8是表示第一实施方式的“旁通运行模式”的制冷剂回路结构 的图。
在旁通运行模式下,将第一高压侧三通阀11设定成,使从负荷侧热交换器3流出的制冷剂不流入第一内部热交换器7的高压侧流路,而流入第二高压侧旁通配管13。
另外,将第二高压侧三通阀12设定成,使通过了第二内部热交换器8的高压侧流路的制冷剂不经由第一高压侧旁通配管16流入膨胀阀5,而使通过了第二高压侧旁通配管13的制冷剂流入膨胀阀5。
另外,将第一低压侧三通阀9设定成,使从热源侧热交换器6流出并通过了四通阀2的制冷剂不流入第一内部热交换器7的低压侧流路,而流入第二低压侧旁通配管14。
另外,将第二低压侧三通阀10设定成,使通过了第二内部热交换器8的低压侧流路的制冷剂不经由第一低压侧旁通配管15流入压缩机1,而使通过了第二低压侧旁通配管14的制冷剂流入压缩机1。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂不经过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8,经由第二高压侧旁通配管13流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂不经过第一内部热交换器7和第二内部热交换器8,经由第二低压侧旁通配管14流入压缩机1。
接下来,沿着制热运行时的制冷剂的流动,利用图9就各元件的功能和制冷剂的状态进行说明。
图9是第一实施方式的“旁通运行模式”的压力-热函所示的循环特性图。
从压缩机1排出的制冷剂成为高温高压的气体制冷剂(点O)。高温高压的气体制冷剂通过四通阀2,在负荷侧热交换器3与热介质(空气或水等)进行热交换,从而进行冷凝,成为高压的液体制冷剂(点P)。从负荷侧热交换器3流出的高压的液体制冷剂绕过内部热交换器4地流入膨胀阀5(点P)。高压液体的制冷剂在膨胀阀5被减压,成为低压二相的制冷剂(点Q)。低压二相的制冷剂在热源侧热交换器6与热介质(空气或水等)进行热交换而蒸发(点R)。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂绕过内部热交换器4(点R),向压缩机1的 吸入进行返回。
通过如上所述地构成制冷剂回路,可以使内部热交换器4的交换热量为零,在压缩机1的排出温度异常上升的情况下可以降低压缩机1的吸入干度,提高可靠性。
以下,就切换并联运行模式和旁通运行模式的控制动作进行说明。
图10是表示第一实施方式的“旁通运行模式”的控制流程的图。以下基于图10进行说明。
在步骤1中,控制装置判断压缩机1的排出部的制冷剂温度(排出温度)是否为规定值以上。该排出温度可以通过在压缩机1的排出部设置温度传感器来进行检测。
如果在步骤1中判断为排出温度不是规定值以上,就切换到“并联运行模式”,继续确认排出温度是否为规定值以上。
如果在步骤1中判断出排出温度为规定值以上,就在步骤2中切换到“旁通运行模式”。
在步骤3中,控制装置切换到“旁通运行模式”之后,判断排出温度是否不足规定值。如果排出温度并非不足规定值,就继续执行“旁通运行模式”。
如果在步骤3中判断出排出温度不足规定值,就在步骤4中切换到“并联运行模式”后返回步骤1而重复上述动作。
另外,在向“旁通运行模式”切换的判断基准即排出温度的规定值的前后使制冷循环装置动作的情况下,由于频繁切换“旁通运行模式”和“并联运行模式”,设备可能会变得不稳定。因此,较好的是在持续时间或阈值的前后具有宽限范围等地设置差量。
另外,在上述的说明中,说明了在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8中在高压侧流路流动的制冷剂与在低压侧流路流动的制冷剂是并行流的情况,但在第一内部热交换器7和第二内部热交换器8的高压侧流路流动的制冷剂和在低压侧流路流动的制冷剂也可以是对向流。通过形成这样的对向流,可以进一步增加交换热量。
如上所述,在第一实施方式中,在负荷过渡性地变化而发生回液 的情况下设成串联运行模式,可以提高内部热交换器4的传热性能,能消除回液状态,可提高可靠性。
另外,在未发生回液的情况或排出温度无异常的情况下,设成并联运行模式,从而可以根据情况来增加内部热交换器4的交换热量或是抑制压力损失,可以同时实现可靠性提高和高效率化。
而且,在压缩机1的排出温度过度上升的情况下,设成旁通运行模式,从而可以使内部交换器4的交换热量为零,可以快速降低排出温度。
另外,在上述的说明中,本实用新型的“第一高压侧流路切换装置”以及“第四高压侧流路切换装置”由一个第一高压侧三通阀11构成,本实用新型的“第二高压侧流路切换装置”以及“第三高压侧流路切换装置”由一个第二高压侧三通阀12构成,本实用新型的“第一低压侧流路切换装置”以及“第四低压侧流路切换装置”由一个第一低压侧三通阀9构成,本实用新型的“第二低压侧流路切换装置”以及“第三低压侧流路切换装置”由一个第二低压侧三通阀10构成,但是也可以替代三通阀而使用二通阀。图12示出了一例。
图12是表示第一实施方式的制冷循环系统的其他构成例的图。
图12所示的内部热交换器4,替代第一低压侧三通阀9而具备第一低压侧二通阀9a以及第四低压侧二通阀9b。另外,替代第二低压侧三通阀10而具备第二低压侧二通阀10a以及第三低压侧二通阀10b。另外,替代第一高压侧三通阀11而具备第一高压侧二通阀11a以及第四高压侧二通阀11b。另外,替代第二高压侧三通阀12而具备第二高压侧二通阀12a以及第三高压侧二通阀12b。
另外,第一低压侧二通阀9a与本实用新型的“第一低压侧流路切换装置”相当。另外,第四低压侧二通阀9b与本实用新型的“第四低压侧流路切换装置”相当。另外,第二低压侧二通阀10a与本实用新型的“第二低压侧流路切换装置”相当。另外,第三低压侧二通阀10b与本实用新型的“第三低压侧流路切换装置”相当。另外,第一高压侧二通阀11a与本实用新型的“第一高压侧流路切换装置”相当。另 外,第四高压侧二通阀11b与本实用新型的“第四高压侧流路切换装置”相当。另外,第二高压侧二通阀12a与本实用新型的“第二高压侧流路切换装置”相当。另外,第三高压侧二通阀12b与本实用新型的“第三高压侧流路切换装置”相当。
第一低压侧二通阀9a,设置在将热源侧热交换器6的出口侧分支成第一内部热交换器7的低压侧流路以及第二内部热交换器8的低压侧流路的分支部、和第二内部热交换器8的低压侧流路的入口侧之间。
第四低压侧二通阀9b,设置在将热源侧热交换器6的出口侧分支成第一内部热交换器7的低压侧流路以及第二内部热交换器8的低压侧流路的分支部、和第一内部热交换器7的低压侧流路的入口侧之间。
第二低压侧二通阀10a,设置在将第一内部热交换器7的低压侧流路以及第二内部热交换器8的低压侧流路合流的合流部、和压缩机1之间。
第三低压侧二通阀10b设置在第二低压侧旁通配管14。
第一高压侧二通阀11a,设置在将负荷侧热交换器3的出口侧分支成第一内部热交换器7的高压侧流路以及第二内部热交换器8的高压侧流路的分支部、和第二内部热交换器8的高压侧流路的入口侧之间。
第四高压侧二通阀11b,设置在将负荷侧热交换器3的出口侧分支成第一内部热交换器7的高压侧流路以及第二内部热交换器8的高压侧流路的分支部、和第一内部热交换器7的高压侧流路的入口侧之间。
第二高压侧二通阀12a,设置在将第一内部热交换器7的高压侧流路以及第二内部热交换器8的高压侧流路合流的合流部、和膨胀阀5之间。
第三高压侧二通阀12b设置在第二高压侧旁通配管13。
在并联运转模式下,将第一高压侧二通阀11a以及第四高压侧二通阀11b设定成打开。另外,将第二高压侧二通阀12a设定成打开,将第三高压侧二通阀12b设定成关闭。另外,将第一低压侧二通阀9a 以及第四低压侧二通阀9b设定成打开。另外,将第二低压侧二通阀10a设定成打开,将第三低压侧二通阀10b设定成关闭。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在分别流过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8的高压侧流路之后流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂分别流过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8的低压侧流路而流入压缩机1。
在串联运转模式下,将第一高压侧二通阀11a设定成关闭,将第四高压侧二通阀11b设定成打开。另外,将第二高压侧二通阀12a设定成关闭,将第三高压侧二通阀12b设定成打开。另外,将第一低压侧二通阀9a设定成关闭,将第四低压侧二通阀9b设定成打开。另外,将第二低压侧二通阀10a设定成关闭,将第三低压侧二通阀10b设定成打开。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在流过第一内部热交换器7的高压侧流路之后流过第二内部热交换器8的高压侧流路,经由第二高压侧旁通配管13而流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂在流过第一内部热交换器7的低压侧流路之后在第二内部热交换器8的低压侧流路流通,经由第二低压侧旁通配管14而流入压缩机1。
在旁通运转模式下,将第一高压侧二通阀11a设定成打开,将第四高压侧二通阀11b设定成关闭。另外,将第二高压侧二通阀12a设定成关闭,将第三高压侧二通阀12b设定成打开。另外,将第一低压侧二通阀9a设定成打开,将第四低压侧二通阀9b设定成关闭。另外,将第二低压侧二通阀10a设定成关闭,将第三低压侧二通阀10b设定成打开。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂不经过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8,而经由第二高压侧旁通配管13流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂不经过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8,而经由第二低压侧旁通配管14流入压缩机1。
另外,在图12的结构中,对替代图1所示的三通阀而分别使用了两个二通阀的情况进行了说明,但本实用新型并不限定于此。图13以及图14示出了省略了一部分的二通阀的结构的一例。
图13是表示第一实施方式的制冷循环系统的其他构成例的图。
如图13所示那样,也可以从上述图12的结构省略第四低压侧二通阀9b以及第四高压侧二通阀11b。在这样的结构中,也能够进行并联运转模式以及串联运转模式的切换。
在并联运转模式下,将第一高压侧二通阀11a设定成打开。另外,将第二高压侧二通阀12a设定成打开,将第三高压侧二通阀12b设定成关闭。另外,将第一低压侧二通阀9a设定成打开。另外,将第二低压侧二通阀10a设定成打开,将第三低压侧二通阀10b设定成关闭。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在分别流过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8的高压侧流路之后流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂分别流过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8的低压侧流路而流入压缩机1。
在串联运转模式下,将第一高压侧二通阀11a设定成关闭。另外,将第二高压侧二通阀12a设定成关闭,将第三高压侧二通阀12b设定成打开。另外,将第一低压侧二通阀9a设定成关闭。另外,将第二低压侧二通阀10a设定成关闭,将第三低压侧二通阀10b设定成打开。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在流过第一内部热交换器7的高压侧流路之后流过第二内部热交换器8的高压侧流路,经由第二高压侧旁通配管13而流入膨胀阀5。并且,从热源侧热交换器6流出的制冷剂在流过第一内部热交换器7的低压侧流路之后流过第二内部热交换器8的低压侧流路,经由第二低压侧旁通配管14而流入压缩机1。
图14是表示第一实施方式的制冷循环系统的其他构成例的图。
如图14所示那样,也可以从上述图12的结构省略第一低压侧二通阀9a、第四低压侧二通阀9b、第二低压侧二通阀10a、第三低压侧二通阀10b、第四高压侧二通阀11b以及第二低压侧旁通配管14。在 这样的结构中也能进行并联运转模式以及串联运转模式的切换。
在并联运转模式下,将第一高压侧二通阀11a设定成打开。另外,将第二高压侧二通阀12a设定成打开,将第三高压侧二通阀12b设定成关闭。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在分别流过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8的高压侧流路之后流入膨胀阀5。
在串联运转模式下,将第一高压侧二通阀11a设定成关闭。另外,将第二高压侧二通阀12a设定成关闭,将第三高压侧二通阀12b设定成打开。
由此,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂在流过第一内部热交换器7的高压侧流路之后流过第二内部热交换器8的高压侧流路,经由第二高压侧旁通配管13而流入膨胀阀5。
另外,在图14的结构中,在并联运转模式以及串联运转模式的任意情况下,从热源侧热交换器6流出的制冷剂分别流过第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8的低压侧流路而流入压缩机1。
这样,在图14的结构中,能够将第一内部热交换器7以及第二内部热交换器8的高压侧流路中的制冷剂的流动切换成并行或者串行。
第二实施方式
图11是表示第二实施方式的制冷循环系统的结构的图。
第二实施方式的制冷循环系统除了上述第一实施方式的结构以外,还具备与负荷侧热交换器3、第一高压侧三通阀11、膨胀阀5以及热源侧热交换器6连接的桥式回路17。桥式回路17通过桥式连接止回阀17a~17d而构成。
在制热运行时,切换四通阀2,设定成从压缩机1排出的制冷剂流入负荷侧热交换器3,从热源侧热交换器6流出的制冷剂流入第一低压侧三通阀9。由此,使负荷侧热交换器3发挥冷凝器的作用,使热源侧热交换器6发挥蒸发器的作用。
在该制热运行时,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂流过桥式回路17的止回阀17b而到达内部热交换器4。从内部热交换器4流出并 通过了膨胀阀5的制冷剂流过桥式回路17的止回阀17d而到达热源侧热交换器6。
另外,在制冷运行时,切换四通阀2,设定成从压缩机1排出的制冷剂流入热源侧热交换器6,从负荷侧热交换器3流出的制冷剂流入第一低压侧三通阀9。由此,使负荷侧热交换器3发挥蒸发器的作用,使热源侧热交换器6发挥冷凝器的作用。
在该制冷运行时,从热源侧热交换器6流出的制冷剂流过桥式回路17的止回阀17a而到达内部热交换器4。从内部热交换器4流出并通过了膨胀阀5的制冷剂流过桥式回路17的止回阀17c而到达负荷侧热交换器3。
这样,在第二实施方式中,通过具备桥式回路17,即使在制热运行和制冷运行的任何情况下,都可以使从负荷侧热交换器3和热源侧热交换器6之中发挥冷凝器作用的热交换器流出的制冷剂流入第一高压侧三通阀11,使从膨胀阀5流出的制冷剂流入负荷侧热交换器3和热源侧热交换器6之中发挥蒸发器作用的热交换器。因此,无论是制冷运行还是制热运行,内部热交换器4都发挥作用,因此在制冷运行时也可以得到高效率运行和可靠性提高的效果。
Claims (5)
1.一种制冷循环系统,其特征在于,具备制冷剂回路,该制冷剂回路利用配管连接压缩机、负荷侧热交换器、内部热交换器、膨胀机构以及热源侧热交换器而使制冷剂循环;
所述内部热交换器具备:
第一内部热交换器,该第一内部热交换器使在高压侧流路流动的制冷剂与在低压侧流路流动的制冷剂进行热交换,
第二内部热交换器,该第二内部热交换器使在高压侧流路流动的制冷剂与在低压侧流路流动的制冷剂进行热交换,
第一高压侧流路切换装置,该第一高压侧流路切换装置设置在分支部与所述第二内部热交换器的高压侧流路的入口侧之间,该分支部将所述负荷侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的高压侧流路,
第二高压侧流路切换装置,该第二高压侧流路切换装置设置在合流部与所述膨胀机构之间,该合流部将所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的高压侧流路合流,
高压侧旁通配管,该高压侧旁通配管从连接所述第一高压侧流路切换装置与所述第二内部热交换器的高压侧流路的配管处分支,并连接于所述第二高压侧流路切换装置与所述膨胀机构之间的配管,和
第三高压侧流路切换装置,该第三高压侧流路切换装置设置于所述高压侧旁通配管。
2.如权利要求1所述的制冷循环系统,其特征在于,所述内部热交换器具备:
第一低压侧流路切换装置,该第一低压侧流路切换装置设置在将所述热源侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的分支部与所述第二内部热交换器的低压侧流路的入口侧之间,
第二低压侧流路切换装置,该第二低压侧流路切换装置设置在将 所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路合流的合流部与所述压缩机之间,
低压侧旁通配管,该低压侧旁通配管从连接所述第一低压侧流路切换装置以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的配管处分支,并连接于所述第二低压侧流路切换装置与所述压缩机之间的配管,和
第三低压侧流路切换装置,该第三低压侧流路切换装置设置于所述低压侧旁通配管。
3.如权利要求1所述的制冷循环系统,其特征在于,所述内部热交换器具备:
第四高压侧流路切换装置,该第四高压侧流路切换装置设置在将所述负荷侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的高压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的高压侧流路的入口侧之间,和
第四低压侧流路切换装置,该第四低压侧流路切换装置设置在将所述热源侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的低压侧流路的入口侧之间。
4.如权利要求2所述的制冷循环系统,其特征在于,所述内部热交换器具备:
第四高压侧流路切换装置,该第四高压侧流路切换装置设置在将所述负荷侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的高压侧流路以及所述第二内部热交换器的高压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的高压侧流路的入口侧之间,和
第四低压侧流路切换装置,该第四低压侧流路切换装置设置在将所述热源侧热交换器的出口侧分支成所述第一内部热交换器的低压侧流路以及所述第二内部热交换器的低压侧流路的分支部与所述第一内部热交换器的低压侧流路的入口侧之间。
5.如权利要求4所述的制冷循环系统,其特征在于,所述第一低压侧流路切换装置以及所述第四低压侧流路切换装置由一个三通阀构 成,
所述第二低压侧流路切换装置以及所述第三低压侧流路切换装置由一个三通阀构成,
所述第一高压侧流路切换装置以及所述第四高压侧流路切换装置由一个三通阀构成,
所述第二高压侧流路切换装置以及所述第三高压侧流路切换装置由一个三通阀构成。
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