CN103415749B - 二元制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

二元制冷循环装置具有：具备从外部热源吸收热量的热源侧热交换器和低温侧压缩机的低温侧制冷循环；具备向利用侧供应热量的利用侧热交换器和高温侧压缩机的高温侧制冷循环；使所述低温侧制冷循环和所述高温侧制冷循环的制冷剂发生热交换的中间热交换器；至少安装有所述利用侧热交换器的壳体；配置于所述壳体，与所述利用侧热交换器连接，使流通的利用侧流体和高温侧制冷循环的制冷剂发生热交换之后供应给利用侧的利用侧管道；与利用侧热交换器并联连接于所述利用侧管道，使利用侧管道的利用侧热交换器出口侧的利用侧流体送流至利用侧热交换器入口侧的旁路通道；以及，控制在所述旁路通道内流通的利用侧流体流动的流体控制单元。

Description

二元制冷循环装置
技术领域
本发明的实施方式涉及二元制冷循环装置。
背景技术
在空气调节器、热泵热水器等制冷循环装置上，为了向热利用机器供应高温热量，有时候会使用具备低温侧制冷循环和高温侧制冷循环的二元制冷循环装置。
二元制冷循环装置的低温侧制冷循环和高温侧制冷循环，各自具有压缩机、膨胀装置等，通过中间热交换器以能够进行热交换的方式连接。然后，使通过低温侧制冷循环上设置的作为低温侧蒸发器的热源侧热交换器汲取的热量，经由高温侧制冷循环上设置的作为高温侧凝结器的利用侧热交换器，将高温的热量提供给热利用机器。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本特开平08-189714号公报
发明内容
【发明需要解决的课题】
但是，众所周知，如果从热利用器流入利用侧热交换器的（利用侧）流体的温度较低，则高温侧制冷循环的压缩比会下降，压缩机的可靠性也会下降，与此同时制冷循环装置本身的可靠性会降低。
本发明是为解决上述问题而提出的，根据本发明的实施方式，提供了一种解决压缩机的可靠性下降问题，进而解决制冷循环装置的可靠性下降问题的二元制冷循环装置。
【解决课题的单元】
本发明的实施方式涉及的二元制冷循环***包括：低温侧制冷循环，所述低温侧制冷循环包含从外部热源吸收热量的热源侧热交换器、和低温侧压缩机；高温侧制冷循环，所述高温侧制冷循环包含向利用侧供应热量的利用侧热交换器、和高温侧压缩机；中间热交换器，所述中间热交换器在所述低温侧制冷循环中的制冷剂和所述高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量；壳体，至少所述利用侧热交换器被安装到所述壳体；利用侧管道，被设置于所述壳体，并且被连接到所述利用侧热交换器，以便在流通的利用侧流体和高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量，并且将所述热量供应到所述利用侧；旁路通道，所述旁路通道与所述利用侧热交换器并联连接到所述利用侧管道，以便将所述利用侧管道中的所述利用侧流体从利用侧热交换器出口侧馈送至利用侧热交换器入口侧；以及流体控制单元，所述流体控制单元控制在所述旁路通道中流通的所述利用侧流体的流动，其中，所述流体控制单元包含检测流入所述利用侧热交换器的所述利用侧流体的温度的利用侧流体温度检测单元、设置在所述热源侧热交换器以检测所述外部热源的温度的外部热源温度检测单元、以及改变所述旁路通道中的流量的流量控制阀，并且控制所述流体控制单元，以便当所述利用侧流体温度检测单元检测到的所述利用侧流体的所述温度和所述外部热源温度检测单元检测到的所述外部热源的所述温度之间的差等于或者小于预定值时，打开所述流量控制阀。
本发明的实施方式涉及的二元制冷循环***包括：低温侧制冷循环，所述低温侧制冷循环包含从外部热源吸收热量的热源侧热交换器、和低温侧压缩机；高温侧制冷循环，所述高温侧制冷循环包含向利用侧供应热量的利用侧热交换器、和高温侧压缩机；中间热交换器，所述中间热交换器在所述低温侧制冷循环中的制冷剂和所述高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量；壳体，至少所述利用侧热交换器被安装到所述壳体；利用侧管道，被设置于所述壳体，并且被连接到所述利用侧热交换器，以便在流通的利用侧流体和高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量，并且将所述热量供应到所述利用侧；旁路通道，所述旁路通道与所述利用侧热交换器并联连接到所述利用侧管道，以便将所述利用侧管道中的所述利用侧流体从利用侧热交换器出口侧馈送至利用侧热交换器入口侧；以及流体控制单元，所述流体控制单元控制在所述旁路通道中流通的所述利用侧流体的流动，其中，所述流体控制单元包含检测流入所述利用侧热交换器的所述高温侧制冷循环中的所述制冷剂的温度的制冷剂温度检测单元、以及改变所述旁路通道中的流量的流量控制阀，并且当所述制冷剂温度检测单元检测到的所述高温侧制冷循环中的所述制冷剂的冷凝温度低于预定温度时，所述流体控制单元进行控制，以增加所述流量控制阀的开度。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的二元制冷循环装置的示意图。
图2是本发明的实施方式涉及的控制器及其周辺机器的区块图。
图3是本发明的实施方式涉及的控制的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
（第1实施方式）
使用图1对第1实施方式进行说明。
如图1所示，本实施形态的二元制冷循环装置100的低温侧制冷循环6a、高温侧制冷循环6b以能够通过中间热交换器5进行热交换的方式构成。
二元制冷循环装置100具有第1壳体8a和第2壳体8b。
第1壳体8a内通过制冷剂管道依次连接设置有：低温侧压缩机1a、通过制冷剂管道与低温侧压缩机1a连接的低温侧四通阀2a、与外面的空气（外部热源）进行热交换的热源侧热交换器3、低温侧膨胀装置4a。另外，低温侧四通阀2a和低温侧膨胀装置4a，各自连接有连通管9a、9b，该连通管9a、9b设于第2壳体8b的中间热交换器5连接。
热源侧热交换器3上设置有鼓风机11，用以促进与外部空气的热交换。另外，热源侧热交换器3上设置有作为外部热源温度检测单元的外部空气温度传感器16，用以检测通过鼓风机11供应给热源侧热交换器3的外部空气的温度。
在第2壳体8b内，通过制冷剂管道依次连接有高温侧压缩机1b、与高温侧压缩机1b连接的高温侧四通阀2b、中间热交换器5、高温侧膨胀装置4a、利用侧热交换器7，构成高温侧制冷循环6b。
在利用侧热交换器7的制冷剂管道的入口侧和出口侧，设置有作为制冷剂温度检测单元的高温侧制冷剂温度传感器17a、17b，用以检测流入利用侧热交换器7的制冷剂温度和流出的制冷剂温度。
在这里，中间热交换器5上连接有能够与连通管9a、9b连接的填料阀21a、21b，该填料阀21a、21b上由于连接有连通管9a、9b而构成低温侧制冷循环6a，经由中间热交换器5低温侧制冷循环6a与高温侧制冷循环6b能够进行热交换。
低温侧制冷循环6a和高温侧制冷循环6b中，各自封装有不同特性的制冷剂。
封装的制冷剂的种类根据二元制冷循环装置100的用途而有所不同，比如说，利用侧热交换器7作为水热交换器用以产生将近90℃的热水的高温热泵热水器的情况下，低温侧制冷循环6a中使用的低温侧制冷剂优选为类似R410A的、即使在低外气温（-15℃左右）下也有良好性能的循环制冷剂，高温侧制冷循环6b中使用的高温侧冷媒优选为类似R134a的、在高温（95℃左右）下也具有良好性能的循环制冷剂。
利用侧热交换器7上连接有利用侧流体管道18，该利用侧流体管道18的用途是将通过二元制冷循环装置100汲取的热量供应给利用该热量的热利用机器。
利用侧管道18具有与热利用设备连接用的连接口体23a、23b和将利用侧流体管道18内的利用侧流体流送的流送泵10。连接口体23a、入口侧分支部12a、送流泵10、利用侧热交换器7、出口侧分支部12b和连接口体23b依次通过利用侧管道18连接。
并且，入口侧分支部12a和出口侧分支部12b通过旁路通道13而直接连接，相对于利用侧管道18，旁路通道13与利用侧热交换器7并联连接。旁路通道13的中途部上设置有流量控制阀14。
本实施形态中的流体控制单元通过控制流量控制阀14的开度，从而控制在旁路通道13内流通的利用侧流体的流量。
在使利用侧流体流动时，在入口侧分支部12a和利用侧热交换器7之间设置的送流泵10开始运作，从连接口体23a依次流经入口侧分支部12a、利用侧热交换器7、出口侧分支部12b将利用侧流体送流至连接口体23b。利用侧流体流动方向如图1的虚线箭头所示。
由于入口侧分支部12a和利用侧热交换器7之间设置有送流泵10。因此，当流量控制阀14打开时的旁路通道13内的利用侧流体的流动方向为从出口侧分支部12b流向入口侧分支部12a的方向。另外，入口侧分支部12a、出口侧分支部12b、送流泵10、旁路通道13安装于第2壳体8b。
在利用侧流体管道18的送流泵10与利用侧热交换器7之间的区间内设置有作为利用侧流体温度检测单元的水温传感器15，用以检测流入利用侧热交换器7的利用侧流体的温度。
利用侧流体管道18内以能够流通的方式封装有向热利用机器热供应的温水或盐水等。
外部空气温度传感器16、高温侧制冷剂温度传感器17a、17b以及水温传感器15与控制器23连接，用以检测室外温度、高温侧制冷循环的制冷剂温度、以及流入利用侧热交换器7的温水或盐水等利用侧流体的温度。
第2壳体8b具备控制二元制冷循环装置100运作的电气零部件箱22。
电气零部件箱22具备：图中未示出的驱动低温侧压缩机1a和高温侧压缩机驱动1b的逆变器电路；控制低温侧膨胀装置4和高温侧膨胀装置10的开度、低温侧四通阀和高温侧四通阀9的切换的控制器23。由于这些逆变器电路和控制器23，控制低温侧制冷循环7和高温侧制冷循环13得以在最适合的运行条件下运行。
二元制冷循环装置100加热运行时的制冷剂的流程如图1的实线箭头所示。
首先，在低温侧制冷循环7中，低温侧制冷剂从低温侧压缩机1a依次通过低温侧四通阀2、中间热交换器5的低温侧流路、低温侧膨胀装置4a及热源侧热交换器3，然后从低温侧四通阀2返回低温侧压缩机1a。同样，在高温侧制冷循环6b中，经由高温侧压缩机1b压缩的高温侧制冷剂依次通过高温侧四通阀2b、利用侧热交换器7、高温侧膨胀装置4b及中间热交换器5的高温侧流路，然后从高温侧四通阀2b返回高温侧压缩机1b。
这时，低温侧制冷剂通过热源侧热交换器3而蒸发，并在中间热交换器5的低温侧凝结。另外，高温侧制冷剂在利用侧热交换器7中凝结，并将温热供应给利用侧的利用侧管道18内的温水或盐水，在中间热交换器5的高温侧流路，将通过高温侧膨胀装置4b减压的液状制冷剂蒸发，并吸收低温侧制冷剂的凝结热作为蒸发热。
利用侧管道18内流动有通过送流泵10被送流的利用侧流体。
在此，如果流入利用侧热交换器7的利用侧流体的温度明显很低，则利用侧热交换器7的高温侧制冷剂的温度会变的低于规定温度Tb1，高温侧压缩机1b的压缩比会下降。如果在压缩比下降的状态下运行压缩机，压缩机的可靠性会有所下降。
二元制冷循环装置100的电气零部件箱22内设置的控制器23上，如图2的区块图所示，连接有水温传感器15、外部空气温度传感器16、高温侧制冷剂温度传感器17a、17b以及流量控制阀14。
如果从热利用机器向利用侧热交换器7供应的利用侧流体的温度较低，则将旁路通道13的流量控制阀14打开，使从利用侧热交换器7流出的利用侧流体从出口侧分支部12b经由旁路通道13送流至入口侧分支部12a，重新与从连接口体23a流入利用侧热交换器7的利用侧流体混合，使之作为中间温度的利用侧流体流入利用侧热交换器7。
其次，关于控制器23对于流量控制阀14的控制，参照图3的流程图进行说明。
首先，在二元制冷循环装置100的运行中，控制器23要进行的判断（步骤S201）是：外部空气温度传感器16检测到的室外温度T0与设置在利用侧热交换器7的入口侧的利用侧流体温度传感器检测15检测到的利用侧流体的温度Tw的差（Tw-T0）以否在规定温度Ta以下。
在此，如果检测到的室外温度T0和利用侧流体的温度Tw的温度差比规定的温度Ta大（步骤S201的否），则旁路通道13的流量控制阀14关闭（步骤S205），从利用侧热交换器7流出的利用侧流体全部被送流至热利用机器。
另一方面，如果检测到的室外温度T0和利用侧流体的温度Tw的温度差在规定温度Ta以下（步骤S201的是），则旁路通道13的流量控制阀14以一定的开度开放（步骤S202），从利用侧热交换器7流出的利用侧流体的一部分通过旁路通道13送流至利用侧热交换器7的利用侧流体入口。因此，从利用侧热交换器7流出的高温的利用侧流体与由热利用机器供应的低温的利用侧流体混合，成为中间温度而流入利用侧热交换器7。
然后，计算出通过两个高温侧制冷剂温度传感器17a、17b检测到的利用侧热交换器7的流入侧和流出侧的高温侧制冷剂温度Ts1、Ts2的平均温度，以该平均温度作为高温侧制冷剂的凝结温度Ts的大概数。然后，进行对凝结温度Ts是否处于规定温度Tb1～Tb2（Tb1<Tb2）的范围内的判断（步骤S203、S204）。
即，判断高温侧制冷剂的凝结温度Ts是否在Tb1以上（步骤S203），如果高温侧制冷剂的凝结温度Ts比Tb1低（步骤S203的否），则增加流量控制阀14的开度（步骤S206），然后，返回步骤S203。
另一方面，当高温侧制冷剂的凝结温度Ts在Tb1以上时（步骤S203的是），则判断高温侧制冷剂的凝结温度Ts是否处于Tb2以下（步骤S204）。如果高温侧制冷剂的凝结温度Ts比Tb2高（步骤S204的否），则使流量控制阀14的开度减少（步骤S207）并返回步骤S203。
此后，如果利用侧热交换器7的高温侧制冷剂的凝结温度Ts处于规定温度Tb1～Tb2的范围内（步骤S203的是及步骤S204的是），则流量控制阀14的开度继续保持不变并返回步骤S201。
如上所述，根据外部热源的室外空气温度与流入利用侧热交换器的利用侧流体温度的温度差，判断如果满足低压缩比运行的温度条件时，则使流量控制阀14打开，向供应至利用侧热交换器7的利用侧流体中混合加温后的利用侧流体，通过使流入利用侧热交换器的利用侧流体的温度升高，从而能够规避成为低压缩比运行的温度条件。
并且，通过检测利用侧热交换器7内的高温侧制冷剂的温度，判断是否为低压缩比运行，并通过控制旁路通道13上设置的流量控制阀14的开度，能够使向利用侧热交换器7供应的利用侧流体的温度上升至最适合避免低压缩比运行的温度。
通过上述的构成和进行控制，能够抑制利用侧热交换器7的凝结温度下降，从而抑制压缩比下降。由此，能够防止由于低压缩比状态引发的压缩机可靠性下降，进而，能够防止二元制冷循环装置100的可靠性降低。
与上述实施方式一样，由于将第1壳体和第2壳体分开而构成二元制冷循环装置100，所以能够根据安装场所的状态灵活的对应。例如，在不能确保充分的室外设置空间时，也可以将具有热源侧热交换器3的第1壳体配置在室外，将具有利用侧热交换器的第2壳体配置在室内。
另外，在上述实施方式中，虽然低温侧壳体8a和高温侧壳体8b为分别构成，但也不仅限于此，也可以是在一个壳体内具备高温侧制冷循环和低温侧制冷循环的配置。
另外，在上述实施方式中，虽然是将控制流经旁路通道13的利用侧流体的流量的流体控制单元设为流量控制阀14的开度控制，但是也可以使用其他的控制单元。例如，也可以是在入口侧分支部12a及出口侧分支部12b内，至少使其一方为三向阀，作为流量控制阀控制三向阀的开度。
本发明不限于上述实施方式。此外，还能够适当的通过组合本发明实施方式中公开的多个构成要素而形成各种各样的发明。例如，也可以删除本发明实施方式中公开的全体构成要素中的几个构成要素。并且，也可以适当将从不同的实施方式中的构成要素进行组合。
符号说明
1a…低温侧压缩机，
1b…高温侧压缩机，
2a…低温侧四通阀，
2b…高温侧四通阀，
3…热源侧热交换器，
4a…低温侧膨胀装置，
4b…高温侧膨胀装置，
5…中间热交换器，
6a…低温侧制冷循环，
6b…高温侧制冷循环，
7…利用侧热交换器，
8a…低温侧壳体，
8b…高温侧壳体，
9a、9b…连通管，
10…送流泵，
12a…入口侧分支部，
12b…出口侧分支部，
13…旁路通道，
22…电气零部件箱，
15…利用侧温度检测单元，
16…室外空气温度传感器，
17a、b17…高温侧制冷剂温度传感器，
18…利用侧管道，
100…二元制冷循环装置

Claims (2)

1.一种二元制冷循环***，包括：
低温侧制冷循环，所述低温侧制冷循环包含从外部热源吸收热量的热源侧热交换器、和低温侧压缩机；
高温侧制冷循环，所述高温侧制冷循环包含向利用侧供应热量的利用侧热交换器、和高温侧压缩机；
中间热交换器，所述中间热交换器在所述低温侧制冷循环中的制冷剂和所述高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量；
壳体，至少所述利用侧热交换器被安装到所述壳体；
利用侧管道，被设置于所述壳体，并且被连接到所述利用侧热交换器，以便在流通的利用侧流体和高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量，并且将所述热量供应到所述利用侧；
旁路通道，所述旁路通道与所述利用侧热交换器并联连接到所述利用侧管道，以便将所述利用侧管道中的所述利用侧流体从利用侧热交换器出口侧馈送至利用侧热交换器入口侧；以及
流体控制单元，所述流体控制单元控制在所述旁路通道中流通的所述利用侧流体的流动，
其特征在于，其中，所述流体控制单元包含检测流入所述利用侧热交换器的所述利用侧流体的温度的利用侧流体温度检测单元、设置在所述热源侧热交换器以检测所述外部热源的温度的外部热源温度检测单元、以及改变所述旁路通道中的流量的流量控制阀，并且控制所述流体控制单元，以便当所述利用侧流体温度检测单元检测到的所述利用侧流体的所述温度和所述外部热源温度检测单元检测到的所述外部热源的所述温度之间的差等于或者小于预定值时，打开所述流量控制阀。
2.一种二元制冷循环***，包括：
低温侧制冷循环，所述低温侧制冷循环包含从外部热源吸收热量的热源侧热交换器、和低温侧压缩机；
高温侧制冷循环，所述高温侧制冷循环包含向利用侧供应热量的利用侧热交换器、和高温侧压缩机；
中间热交换器，所述中间热交换器在所述低温侧制冷循环中的制冷剂和所述高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量；
壳体，至少所述利用侧热交换器被安装到所述壳体；
利用侧管道，被设置于所述壳体，并且被连接到所述利用侧热交换器，以便在流通的利用侧流体和高温侧制冷循环中的制冷剂之间交换热量，并且将所述热量供应到所述利用侧；
旁路通道，所述旁路通道与所述利用侧热交换器并联连接到所述利用侧管道，以便将所述利用侧管道中的所述利用侧流体从利用侧热交换器出口侧馈送至利用侧热交换器入口侧；以及
流体控制单元，所述流体控制单元控制在所述旁路通道中流通的所述利用侧流体的流动，
其特征在于，其中，所述流体控制单元包含检测流入所述利用侧热交换器的所述高温侧制冷循环中的所述制冷剂的温度的制冷剂温度检测单元、以及改变所述旁路通道中的流量的流量控制阀，并且当所述制冷剂温度检测单元检测到的所述高温侧制冷循环中的所述制冷剂的冷凝温度低于预定温度时，所述流体控制单元进行控制，以增加所述流量控制阀的开度。
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