制冷循环装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种制冷循环装置，其中，供热水侧液体延长配管（15）相对于水热交换器（12）的容积比率为，制冷供热水同时运转中的必要制冷剂量与制热运转中的必要制冷剂量相等时的供热水侧液体延长配管（15）相对于水热交换器（12）的容积比率、即最小容积比率以上，在所述制冷供热水同时运转中，室内侧热交换器（8）成为蒸发器，水热交换器（12）成为冷凝器，从室内侧热交换器（8）供给冷能，并且从水热交换器（12）供给热能；在制热运转中，热源侧热交换器（4）成为蒸发器，室内侧热交换器（8）成为冷凝器，从室内侧热交换器（8）供给热能。
【专利说明】制冷循环装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及蒸气压缩式的制冷循环装置，特别是涉及能够独立地进行空调运转(制冷运转、制热运转)以及供热水运转、并且能够通过制冷供热水同时运转而实施排热回收运转的制冷循环装置。
【背景技术】
[0002]以往，存在有在一个系统中能够单独地实施空调运转和供热水运转的制冷循环装置。作为这样的装置提出有如下的制冷循环装置，该制冷循环装置搭载有通过利用配管连接热源单元、室内单元和供热水单元而形成的制冷剂回路，能够同时实施空调运转以及供热水运转(例如，参照专利文献1、2)。在这样的系统中，通过同时实施制冷运转和供热水运转，能够将制冷时的排热吸收到供热水热中，能够实现高效的运转。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2010 - 196950号公报(第34_36页，图4等)
[0006]专利文献2:日本特开2001 — 248937号公报(第3_4页，图4等)
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]在专利文献I所记载的那样的热泵系统中，在利用制冷和供热水同时运转进行排热回收时，热源侧热交换器处于高压环境(参照专利文献I的图4)。因此，在热源侧热交换器中，因与外部气体的热交换将发生制冷剂的冷凝。此外，为了防止制冷剂滞留在热源侧热交换器中，必须使一定程度的制冷剂流向热源侧热交换器，不能够将制冷排热完全作为供热水热而回收。
[0009]在专利文献2所记载的那样的热泵供热水空调器中，能够在制冷和供热水同时运转时使室外侧热交换器处于低压环境。因此，在这样的系统中，能够进行将制冷排热完全作为供热水热回收的完全排热回收运转。但是，在从制冷运转向制冷供热水同时运转转移时，由于切换四通阀，所以储存在室外侧热交换器中的大量的制冷剂向压缩机的吸入侧流动，因此产生压缩机回液的问题。此外，由于在制冷供热水同时运转中室外侧热交换器处于低压环境，所以在完全排热回收运转时室外侧热交换器处于充满低压气体制冷剂的状态，在制冷供热水同时运转中为了储存大量的剩余制冷剂，需要内容积(容量)较大的储液器。
[0010]在仅实施制冷运转和制热运转的制冷循环装置(以下称为标准机)中，由于相比制冷运转，制热运转所需的制冷剂量较少，所以在制热运转时需要将剩余制冷剂储存在储液器中。相对于此，在专利文献2所记载的那样的热泵供热水空调器中，由于室外热交换器充满低压气体，所以相比标准机中的制热运转，运转所需的制冷剂量进一步变少。其结果，在制冷供热水同时运转时，相比制热运转时产生更多的剩余制冷剂。为了储存该剩余制冷剂，需要内容积(容量)比标准机的储液器更大的储液器。因此，热源单元箱体的外形尺寸变大，产生不能够设置在有限的设置空间中的问题。
[0011]本发明就是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于获得一种制冷循环装置，该制冷循环装置的储液器的内容积较小，成本低且热源单元的外形尺寸与仅实施制冷制热运转的标准机等同。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]本发明的制冷循环装置，具有:具有压缩机、热源侧热交换器、膨胀阀以及储液器的热源单元，具有室内侧热交换器的室内单元，以及具有水热交换器的供热水单元，利用由室内侧液体延长配管以及室内侧气体延长配管构成的室内侧延长配管连接上述热源单元和上述室内单元，利用由供热水侧液体延长配管以及供热水侧气体延长配管构成的供热水侧延长配管连接上述热源单元和上述供热水单元，其中，上述供热水侧液体延长配管相对于上述水热交换器的容积比率，为制冷供热水同时运转中的必要制冷剂量与制热运转中的必要制冷剂量相等时的上述供热水侧液体延长配管相对于上述水热交换器的容积比率、即最小容积比率以上，在所述制冷供热水同时运转中，上述室内侧热交换器成为蒸发器，上述水热交换器成为冷凝器，从上述室内侧热交换器供给冷能，并且，从上述水热交换器供给热能；在所述制热运转中，上述热源侧热交换器成为蒸发器，上述室内侧热交换器成为冷凝器，从上述室内侧热交换器供给热能。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明的制冷循环装置，由于使储液器内容积与仅实施制冷运转和制热运转的标准机等同，所以能够实现低成本且能够使热源单元的外形尺寸与标准机等同。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明实施方式I的制冷循环装置的制冷剂回路结构的概略制冷剂回路图。
[0017]图2是表示本发明实施方式I的制冷循环装置的制热运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
[0018]图3是表示本发明实施方式I的制冷循环装置的供热水运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
[0019]图4是表示本发明实施方式I的制冷循环装置的制冷供热水同时运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
[0020]图5是表示本发明实施方式I的制冷循环装置的制冷供热水同时运转模式时的制冷剂的状态迁移的p-h线图。
[0021]图6是表示在室内侧延长配管长度为Om的情况下供热水侧延长配管长度与各运转模式中的必要制冷剂量的关系的图。
[0022]图7是表示空气热交换器为冷凝器的情况下的制冷剂的状态的概略图。
[0023]图8是表示在扩大供热水侧液体延长配管的配管内径的情况下供热水侧延长配管长度的最小长度的减少效果的图。
[0024]图9是表示在供热水侧延长配管长度为La的情况下各运转模式中的必要制冷剂量相对于室内侧延长配管长度的变化的图。
[0025]图10是表示在室内侧延长配管长度长的情况下各运转模式的必要制冷剂量相对于供热水侧延长配管长度的关系的图。
[0026]图11是表示本发明实施方式I的制冷循环装置的室内侧延长配管长度以及供热水侧延长配管长度的设定顺序的流程图。
[0027]图12是相对于供热水侧延长配管的配管长度选定配管直径的示意图。
[0028]图13是表示并行冷凝运转时的处理的流程的流程图。
[0029]图14是表示本发明实施方式2的制冷循环装置的制冷剂回路结构、特别是制冷供热水同时运转模式时的制冷剂的流动的概略制冷剂回路图。
[0030]图15是表示本发明实施方式3的制冷循环装置的制冷剂回路结构、特别是制冷供热水同时运转模式时的制冷剂的流动的概略制冷剂回路图。
[0031]图16是表示过冷却热交换器的结构的概略图。
【具体实施方式】
[0032]以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
[0033]实施方式1.[0034]图1是表示本发明实施方式I的制冷循环装置100的制冷剂回路结构的概略制冷剂回路图。根据图1对制冷循环装置100的结构以及动作的一部分进行说明。另外，在包括图1的以下附图中，各构成部件的大小关系有时与实际的部件不同。
[0035]该制冷循环装置100设置于一般住宅、办公楼等，通过进行蒸气压缩式的制冷循环运转，能够独立地处理在室内单元302中选择的制冷指令(制冷接通/断开)或者制热指令(制热接通/断开)，或者供热水单元303中的供热水指令(供热水接通/断开)。另外，在该制冷循环装置100中，能够同时处理室内单元302的制冷指令和供热水单元303的供热水指令。
[0036]{制冷循环装置100的结构}
[0037]制冷循环装置100具有热源单元301、室内单元302、供热水单元303。热源单元301和室内单元302，利用作为制冷剂配管的室内侧液体延长配管7和作为制冷剂配管的室内侧气体延长配管9进行连接。热源单元301和供热水单元303，利用作为制冷剂配管的供热水侧气体延长配管11和作为制冷剂配管的供热水侧液体延长配管15进行连接。另外，用于制冷循环装置100的制冷剂没有特别的限定。例如，作为制冷剂可以使用R410A、R32、HF0-1234yf、碳氢化合物那样的自然制冷剂等。此外，热源单元301、室内单元302、供热水单元303的连接台数并不限定于图示的台数。
[0038][热源单元3Ol]
[0039]热源单元301具有压缩机1、排出电磁阀2a、排出电磁阀2b、四通阀3、热源侧热交换器4、第I膨胀阀5、第2膨胀阀6、气液分离器10、第3膨胀阀16、低压均压电磁阀18。
[0040]压缩机I是吸入制冷剂并将该制冷剂压缩成高温高压的状态的装置，例如可以由通过变频器控制转速类型的装置构成。在该压缩机I上连接着排出侧配管30和吸入侧配管40。排出侧配管30在中途(四通阀3以及后述的供热水单元303的水热交换器12的上游侧)分支。并且，在一方的排出侧配管30a上设置有排出电磁阀2a，在另一方的排出侧配管30b上设置有排出电磁阀2b。
[0041]排出电磁阀2a通过被控制开闭而向排出侧配管30a导通或者不导通制冷剂。排出电磁阀2b通过被控制开闭而向排出侧配管30b导通或者不导通制冷剂。在排出侧配管30a的排出电磁阀2a的下游设置有四通阀3。在排出侧配管30b的排出电磁阀2b的下游经由供热水侧气体延长配管11设置有供热水单元303的水热交换器12。另外，也可以将排出侧配管30b与供热水侧气体延长配管11连接，或者将排出侧配管30b作为供热水侧气体延长配管11。
[0042]四通阀3根据来自室内单元302的指令切换制冷剂的流动。即，四通阀3切换从室内单兀302发出制冷指令时的制冷剂的流动和发出制热指令时的制冷剂的流动。
[0043]热源侧热交换器4在从省略图示的风扇等送风机供给的空气与制冷剂之间进行热交换，从空气吸热或者向空气排热。该热源侧热交换器4例如可由交叉散热片式的散热片管型热交换器构成，所述交叉散热片式的散热片管型热交换器由传热管和多个散热片构成。
[0044]另外，在热源单元301上设置有连接经由四通阀3的排出电磁阀2a与热源侧热交换器4之间、和经由四通阀3的室内侧热交换器8与气液分离器10之间的低压旁通配管17。此外，在该低压旁通配管17上设置有低压均压电磁阀18。低压均压电磁阀18通过被控制开闭，而向低压旁通配管17导通或者不导通制冷剂。
[0045]第I膨胀阀5、第2膨胀阀6以及第3膨胀阀16，其开度能够可变地进行控制，用于控制制冷剂的流量。第I膨胀阀5，在热源侧热交换器4与室内侧热交换器8之间的室内侧液体延长配管7处，配置于热源侧热交换器4 一侧。第2膨胀阀6，在热源侧热交换器4与室内侧热交换器8之间的室内侧液体延长配管7处，配置于室内侧热交换器8 一侧。第3膨胀阀16，设置在连接于第I膨胀阀5和第2膨胀阀6之间的供热水侧液体延长配管15上。
[0046]能够通过第I膨胀阀5的开度控制、第2膨胀阀6的开度控制、第3膨胀阀16的开度控制、排出电磁阀2a的开闭控制、排出电磁阀2b的开闭控制、四通阀3的流路切换控制、低压均压电磁阀18的开闭控制，设定在制冷剂回路中循环的制冷剂的流动方向。
[0047]气液分离器10，设置在压缩机I的吸入侧，具有储存运转中过剩的制冷剂的功能、以及通过滞留在运转状态发生变化时临时产生的液体制冷剂而防止大量的液体制冷剂流入压缩机I的功能。
[0048]另外，在热源单元301中设置有压力传感器201、第I温度传感器202以及第2温度传感器203。压力传感器201设置在压缩机I的排出侧，用于测量设置场所的制冷剂压力。第I温度传感器202设置在压缩机I的排出侧，用于测量设置场所的制冷剂温度。第2温度传感器203设置在热源侧热交换器4的液体侧(热源侧热交换器4与第I膨胀阀5之间)，用于测量设置场所的制冷剂温度。
[0049]另外，在热源单元301中搭载有控制装置101。控制装置101，根据来自于室内单元302以及供热水单元303的指令来控制搭载于热源单元301的压缩机1、排出电磁阀2a、排出电磁阀2b、低压均压电磁阀18、四通阀3、第I膨胀阀5、第2膨胀阀6、第3膨胀阀16、设置在热源侧热交换器4附近的风扇等动作元件(执行器)。此外，压力传感器201、第I温度传感器202以及第2温度传感器203的测量信息被发送到控制装置101，用于控制执行器。
[0050]控制装置101例如由微型电子计算机等构成。在控制装置101中，至少搭载有获取各种传感器(压力传感器201、第I温度传感器202以及其它的温度传感器(包括设置于室内单元302、供热水单元303的温度传感器)等)的测量信息的测量机构，根据测量信息运算冷凝温度、过冷却度等的运算机构(过冷却度控制机构)，以及根据运算结果和由制冷空调装置使用者指示的运转内容来控制执行器的控制机构。
[0051][室内单元302]
[0052]在室内单元302中搭载有室内侧热交换器8。该室内侧热交换器8，在从省略图示的风扇等送风机供给的室内空气与制冷剂之间进行热交换，用于从室内空气吸热或者向室内空气排热。该室内侧热交换器8，例如可以由交叉散热片式的散热片管型热交换器构成，该交叉散热片式的散热片管型热交换器由传热管和多个散热片构成。
[0053]在室内单元302中，在室内侧热交换器8的液体侧(室内侧热交换器8与第2膨胀阀6之间)设置有第3温度传感器204，用于测定设置场所的制冷剂温度。另外，第3温度传感器204的测量信息被发送到热源单元301的控制装置101，用于控制执行器。
[0054][供热水单元303]
[0055]供热水单元303具有水热交换器12、水侧回路21、水泵13以及热水储箱14。
[0056]水侧回路21连接水热交换器12和热水储箱14，将作为热交换介质的水用作中间水使其在水热交换器12与热水储箱14之间循环。
[0057]水热交换器12例如由板型水热交换器构成，在中间水与制冷剂之间进行热交换，将水烧热至热水。
[0058]水泵13具有使中间水在水侧回路21中循环的功能。该水泵13，可由能够可变地调整向水热交换器12供给的水的流量的装置构成，也可由定速的装置构成。
[0059]热水储箱14具有储存在水热交换器12中烧好的热水的功能。该热水储箱14是满水式的，能够一边形成温度分层一边储存热水，在上部储存高温热水、在下部储存低温热水。此外，根据负荷侧的出热水要求从热水储箱14的上部输出热水。另外，对于出热水时的热水储箱14的热水量减少部分，从热水储箱14的下方供给低温的自来水并使其滞留在热水储箱14的下部。
[0060]在供热水单元303中，由水泵13输送的水在水热交换器12中被制冷剂加热而成为热水，然后，流入热水储箱14内。热水不与热水储箱14的水混合，而是作为中间水在热水储箱14内与水进行热交换、成为冷水。然后，从热水储箱14流出，流入水泵13，在被再次送水后在水热交换器12中成为热水。通过这样的流程热水被烧热，被烧好的热水储存在热水储箱14中。
[0061]另外，利用供热水单元303对热水储箱14的水进行加热的方法并不局限于实施方式I那样的利用中间水的热交换方式，也可以采用如下的加热方法，即，使热水储箱14的水直接流入配管，在水热交换器12中进行热交换而成为热水，然后再次返回热水储箱14。
[0062]另外，在供热水单元303中设置有第4温度传感器205、第5温度传感器206以及第6温度传感器207。第4温度传感器205设置在水热交换器12的液体侧(水热交换器12与第3膨胀阀16之间)，用于测定设置场所的制冷剂温度。第5温度传感器206设置在热水储箱14的箱壁面上，用于测定设置场所的水温。第6温度传感器207设置在水热交换器12的水出口侧，用于测定设置场所的水温。此外，第4温度传感器205、第5温度传感器206以及第6温度传感器207的测量信息被发送到热源单元301的控制装置101，用于控制执行器。
[0063]{制冷循环装置100的运转模式}
[0064]制冷循环装置100，根据室内单元302所要求的各个空调负荷以及供热水单元303所要求的供热水要求，控制搭载于热源单元301、室内单元302、供热水单元303的各设备，能够实施制冷运转模式、制热运转模式、供热水运转模式、制冷供热水同时运转模式。另外，制冷循环装置100虽然是能够进行制热供热水同时运转的制冷剂回路结构，但是如果压缩机I或者热源侧热交换器4没有同时确保制热能力和供热水能力那样的容量，则将不能实施制热供热水同时运转。下面，对各运转模式中的运转动作进行说明。
[0065][制冷运转模式]
[0066]首先，使用图1对制冷运转模式进行说明。另外，图1中的箭头表示制冷剂的流动方向。在图1所示的制冷运转模式的情况下，在热源单元301中，切换四通阀3，以使压缩机I的排出侧与热源侧热交换器4的气体侧连接，使压缩机I的吸入侧与室内侧热交换器8的气体侧连接(图1所示的实线)。另外，将排出电磁阀2a控制为打开回路(空白)；将排出电磁阀2b控制为关闭回路(涂黑);将低压均压电磁阀18控制为关闭回路(涂黑)。此外，将第I膨胀阀5控制为最大开度(全开);将第2膨胀阀6控制为任意的开度；将第3膨胀阀16控制为最低开度(全闭)。
[0067]低温低压的制冷剂被压缩机I压缩，在成为高温高压的气体制冷剂后被排出。从压缩机I排出了的高温高压的气体制冷剂，经由排出电磁阀2a、四通阀3流入热源侧热交换器4。并且，在热源侧热交换器4中与室外空气进行热交换而成为高压的液体制冷剂。接着，该制冷剂从热源侧热交换器4流出，通过第I膨胀阀5，在第2膨胀阀6中减压而成为低压的二相制冷剂。然后，该二相制冷剂从热源单元301流出。
[0068]从热源单元301流出了的二相制冷剂，经由室内侧液体延长配管7流入室内单元302。流入到了室内单元302的制冷剂，流入室内侧热交换器8，在对室内空气进行冷却后成为低温低压的气体制冷剂。然后，该气体制冷剂从室内单元302流出，经由室内侧气体延长配管9流入热源单元301。流入到了热源单元301的气体制冷剂，经由四通阀3以及气液分离器10再次被吸入压缩机I。另外，由于供热水单元303停止，所以在从排出电磁阀2b至第3膨胀阀16之间不流动制冷剂，而是充满气相的制冷剂。
[0069][制热运转模式]
[0070]接下来，使用图2对制热运转模式进行说明。图2是表示制冷循环装置100的制热运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。另外，图2中的箭头表示制冷剂的流动方向。在图2所示的制热运转模式的情况下，在热源单元301中，切换四通阀3，以将压缩机I的排出侧与室内侧热交换器8的气体侧连接，将压缩机I的吸入侧与热源侧热交换器4的气体侧连接(图2所示的实线)。另外，将排出电磁阀2a控制为打开回路(空白)，将排出电磁阀2b控制为关闭回路(涂黑)，将低压均压电磁阀18控制为关闭回路(涂黑)。此外，将第I膨胀阀5控制为任意的开度，将第2膨胀阀6控制为最大开度(全开)，将第3膨胀阀16控制为最低开度(全闭)。
[0071]低温低压的制冷剂被压缩机I压缩，在成为高温高压的气体制冷剂后被排出。从压缩机I排出了的高温高压的气体制冷剂，经由排出电磁阀2a、四通阀3从热源单元301流出。从热源单元301流出了的制冷剂，经由室内侧气体延长配管9向室内单元302流动。接着，该制冷剂流入室内侧热交换器8，对室内空气进行加热而成为高压液体制冷剂，然后从室内侧热交换器8流出。
[0072]然后，该液体制冷剂从室内单元302流出，经由室内侧液体延长配管7流入热源单元301。流入到了热源单元301的制冷剂，通过第2膨胀阀6，在第I膨胀阀5中减压而成为低压二相制冷剂。接着，该二相制冷剂，流入热源侧热交换器4，与室外空气进行热交换而成为低温低压的气体制冷剂。然后，该气体制冷剂经由四通阀3以及气液分离器10再次被吸入压缩机I。另外，由于供热水单元303停止，所以在从排出电磁阀2b至膨胀阀16之间不流动制冷剂，而是充满气相的制冷剂。
[0073][供热水运转模式]
[0074]接着，使用图3对供热水运转模式进行说明。图3是表示制冷循环装置100的供热水运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。图3中的箭头表示制冷剂的流动方向。在图3所示的供热水运转模式的情况下，在热源单元301中，切换四通阀3以使压缩机I的吸入侧与热源侧热交换器4的气体侧连接(图3的实线)。另外，将排出电磁阀2a控制为关闭回路(涂黑)，将排出电磁阀2b控制为打开回路(空白)，将低压均压电磁阀18控制为关闭回路(涂黑)。此外，将第I膨胀阀5控制为任意的开度，将第2膨胀阀6控制为最低开度(全闭)，将第3膨胀阀16控制为最大开度(全开)。
[0075]低温低压的制冷剂被压缩机I压缩，在成为高温高压的气体制冷剂后被排出。从压缩机I排出了的高温高压的气体制冷剂，通过排出电磁阀2b，然后从热源单元301流出。接着，该制冷剂经由供热水侧气体延长配管11流入供热水单元303。流入到了供热水单元303的制冷剂，流入水热交换器12，对由水泵13供给的水进行加热、成为高压液体制冷剂。然后，该液体制冷剂，从水热交换器12流出，在从供热水单元303流出后,经由供热水侧液体延长配管15流入热源单元301。
[0076]然后，该制冷剂通过第3膨胀阀16，在由第I膨胀阀5减压后成为低压的二相制冷齐U。接着，该二相制冷剂，流入热源侧热交换器4，在对室外空气进行冷却后成为低温低压的气体制冷剂。从热源侧热交换器4流出了的气体制冷剂，经由四通阀3以及气液分离器10再次被吸入压缩机I。另外，由于室内单元302停止，所以在从排出电磁阀2a至第2膨胀阀6之间不流动制冷剂，而是充满气相的制冷剂。
[0077]这样，在制冷循环装置100中，能够独立地实施室内单元302的制冷运转、室内单元302的制热运转以及供热水单元303的供热水运转。具体来说，在制冷循环装置100中，能够根据在室内单元302中选择的制冷指令(制冷接通/断开)或者制热指令(制热接通/断开)、供热水单元303中的供热水指令(供热水接通/断开)，独立地实施制冷运转模式、制热运转模式和供热水运转模式。
[0078][制冷供热水同时运转模式]
[0079]下面，利用图4对制冷供热水同时运转模式进行说明。图4是表示制冷循环装置100的制冷供热水同时运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。另外，图4中的箭头表示制冷剂的流动方向。在图4所示的制冷供热水同时运转模式的情况下，在热源单元301中，切换四通阀3以将压缩机I的吸入侧与室内侧热交换器8的气体侧进行连接(图4的实线)。另外，将排出电磁阀2a控制为关闭回路(涂黑)，将排出电磁阀2b控制为打开回路(空白)，将低压均压电磁阀18控制为打开回路(空白)。此外，将第I膨胀阀5控制为最低开度(全闭)，将第2膨胀阀6控制为任意的开度，将第3膨胀阀16控制为最大开度(全开)。
[0080]低温低压的制冷剂被压缩机I压缩，在成为高温高压的气体制冷剂后被排出。从压缩机I排出了的高温高压的气体制冷剂，通过排出电磁阀2b，从热源单元301流出。然后，该制冷剂经由供热水侧气体延长配管11流入供热水单元303。流入到了供热水单元303的制冷剂，流入水热交换器12，对由水泵13供给的水进行加热而成为高压液体制冷剂。然后，该液体制冷剂从水热交换器12流出，在从供热水单元303流出后，经由供热水侧液体延长配管15流入热源单元301。
[0081]接着，该制冷剂通过第3膨胀阀16，由第2膨胀阀6减压而成为低压的二相制冷齐U。然后，该二相制冷剂从热源单元301流出。从热源单元301流出了的制冷剂，经由室内侧液体延长配管7流入室内单元302。流入到了室内单元302的制冷剂，流入室内侧热交换器8，在对室内空气进行冷却后成为低温低压的气体制冷剂。接着，从室内侧热交换器8流出了的制冷剂，从室内单元302流出，经由室内侧气体延长配管9流入热源单元301，然后经由四通阀3以及气液分离器10被吸入压缩机I。
[0082]这样，在制冷循环装置100中，能够同时进行室内单元302的制冷运转和供热水单元303的供热水运转。具体来说，在制冷循环装置100中，能够同时处理在室内单元302中选择的制冷指令(制冷接通/断开)和供热水单元303的供热水指令(供热水接通/断开)。
[0083]制冷供热水同时运转模式的运转状态如图5所示。图5是表示制冷供热水同时运转模式时的制冷剂的状态迁移的p-h线图。从图5可知，在制冷供热水同时运转模式下，处于室内侧热交换器8的蒸发热的排热全部作为冷凝热被水热交换器12回收的状态。即，在制冷供热水同时运转模式下，处于热源侧热交换器4无排热的完全排热回收状态，处于运转效率高的状态。
[0084]另外，在制冷循环装置100中，由于在制冷供热水同时运转模式时将第I膨胀阀5的开度控制为全闭，所以在热源侧热交换器4中不流动制冷剂。因此，热源侧热交换器4的热交换量为零。此外，在制冷循环装置100中，通过将排出电磁阀2a设置为关闭回路，将低压均压电磁阀18设置为打开回路，将热源侧热交换器4的气体侧与压缩机I的吸入部连接。因此，热源侧热交换器4处于低压环境，能够防止制冷剂滞留在热源侧热交换器4中。
[0085]在没有排出电磁阀2a以及低压均压电磁阀18的情况下，热源侧热交换器4处于高压环境。因此，制冷剂因外部气体而冷凝液化，制冷剂发生滞留。由此，在该情况下，需要使制冷剂向热源侧热交换器4流动、抑制制冷剂滞留。另一方面，在如制冷循环装置100那样存在排出电磁阀2a和低压均压电磁阀18的情况下，由于能够将热源侧热交换器4设定为低压环境，制冷剂不会因外部气体而液化，所以不需要使制冷剂向热源侧热交换器4流动，能够使热源侧热交换器4的制冷剂流动为零。因此，能够使制冷剂全部流入室内单元302，完全回收排热。其结果，制冷循环装置100的运转效率提高。
[0086]另外，在制冷循环装置100中，低压均压电磁阀18在回收排热的供热水制冷同时运转模式下被控制成打开回路，在除此以外的运转模式下被控制成关闭回路。
[0087][储液器容量的紧凑化]
[0088]在此，将室内侧气体延长配管9的配管长度与室内侧液体延长配管7的配管长度设定为相同。因此，将室内侧气体延长配管9和室内侧液体延长配管7统称为室内侧延长配管，将其配管长度称为室内侧延长配管长度。具体来说，所谓的室内侧延长配管长度是连接热源单元301和室内单元302的配管的长度，是指在图4中表示的热源单元301的虚线与室内单元302的虚线之间的配管的长度。另外，将供热水侧气体延长配管11的配管长度与供热水侧液体延长配管15的配管长度也设定为相同。因此，将供热水侧气体延长配管11与供热水侧液体延长配管15统称为供热水侧延长配管，将其配管长度称为供热水侧延长配管长度。具体来说，供热水侧延长配管长度是连接热源单元301与供热水单元303的配管的长度，是指在图4中表示的热源单元301的虚线与供热水单元303的虚线之间的配管的长度。另外，在各运转模式中，将运转所需的最低限的制冷剂量称作必要制冷剂量。
[0089]在此，在设室内侧延长配管长度为0m、供热水侧延长配管长度为Om的情况下，研究必要制冷剂量最小的运转模式。例如，在假定3HP的制冷循环装置100的情况下，热交换器的大体内容积如下，即，热源侧热交换器4为4.5L，室内侧热交换器8为1.5L，水热交换器12为0.7L，热源侧热交换器4的内容积比其它的热交换器大。因此，必要制冷剂量最多的运转模式为热源侧热交换器4成为冷凝器的制冷运转模式。
[0090]另外，在制热运转模式和供热水运转模式下，热源侧热交换器4在两个情况下都为蒸发器，热源侧热交换器4的制冷剂处于二相状态。对于这一点虽然两运转模式都一样，但是由于水热交换器12的内容积小于室内侧热交换器8的内容积，所以在作为冷凝器的情况下，室内侧热交换器8的制冷剂量比水热交换器12多。因此，接着制冷运转模式，必要制冷剂量多的是制热运转模式，接下来为供热水运转模式。
[0091]在制冷供热水同时运转模式下，热源侧热交换器4处于低压环境，成为蒸发器配置，但是不流动制冷剂，而且蒸发温度比外部气体温度低。因此，热源侧热交换器4的制冷剂处于气相状态。由此可知，必要制冷剂量最小的运转模式为制冷供热水同时运转模式。
[0092]在以往的仅实施制冷运转模式和制热运转模式的标准机的制冷循环装置的情况下，因上述理由必要制冷剂量最小的运转模式为制热运转模式。储液器(气液分离器)的内容积(容量)，由必要制冷剂量为最大的运转模式和为最小的运转模式的必要制冷剂量的差、即剩余制冷剂量决定。即，剩余制冷剂量越多，则越需要具有大容量的储液器。因此，在以往的制冷循环装置中，根据制冷运转模式和制热运转模式的必要制冷剂量差来设定储液器的容量。
[0093]但是，在制冷循环装置100中，由于相比制热运转模式，制冷供热水同时运转模式的必要制冷剂量较少，所以利用制冷运转模式和制冷供热水同时运转模式来设定储液器的容量、即气液分离器10的容量。因此，储液器的容量比标准机的制冷循环装置大，热源单元301的箱体的外形尺寸变大。其结果，导致不能在有限的设置空间中设置本系统。
[0094]在此，室内侧液体延长配管7的制冷剂，在制冷运转模式下处于二相状态，在制热运转模式下处于液相状态。由于液相状态的制冷剂密度比二相状态高，所以在室内侧延长配管长度长的情况下，制热运转模式与制冷运转模式相比，必要制冷剂量变大。另外，若室内侧延长配管长度变长，则制冷运转模式和制热运转模式的必要制冷剂量的差与室内侧延长配管长度为Om的情况相比变大。这样一来剩余制冷剂量也增加、需要相应的储液器容量，即使在标准机中也将导致热源单元的外形尺寸变大。因此，在本次比较的标准机和制冷循环装置100中，将室内侧延长配管的最大长度设定为这样的长度:制冷运转模式和制热运转模式的必要制冷剂量的差为室内侧延长配管长度是Om的情况下以下。
[0095]接着，对在制冷循环装置100中将剩余制冷剂量设定为与标准机相等的方法进行说明。图6是表示在室内侧延长配管长度为Om的情况下供热水侧延长配管长度与各运转模式中的必要制冷剂量的关系的图。在图6中，纵轴表示必要制冷剂量(kg)，横轴表示供热水侧延长配管长度(m)。
[0096]在制冷运转模式和制热运转模式下，由于存在于供热水侧气体延长配管11以及供热水侧液体延长配管15中的制冷剂为气相状态，因此在供热水侧气体延长配管11以及供热水侧液体延长配管15中可以无视液体制冷剂量。因此，制冷运转模式和制热运转模式的必要制冷剂量相对于供热水侧延长配管长度保持一定。在供热水运转模式和制冷供热水同时运转模式下，存在于供热水侧液体延长配管15的制冷剂处于液相状态。因此，供热水运转模式和制冷供热水同时运转模式的必要制冷剂量相对于供热水侧延长配管长度增加。
[0097]另外，如在之前的研究中所述，在供热水侧延长配管长度为Om的情况下，制冷供热水同时系统的剩余制冷剂量(制冷运转模式和制冷供热水同时运转模式的必要制冷剂量的差)相对于标准机的剩余制冷剂量(制冷运转模式和制热运转模式的必要制冷剂量的差)变大。
[0098]由于存在上述那样的关系，所以若增加供热水侧延长配管长度，则制冷运转模式的必要制冷剂量不变，制冷供热水同时运转模式的必要制冷剂量增加。因此，若供热水侧延长配管长度变长，则剩余制冷剂量变少。另外，若将供热水侧延长配管长度延长至La，则制热运转模式和制冷供热水同时运转模式的必要制冷剂量相等。在该情况下，由于制冷运转模式和制热运转模式的必要制冷剂量差与制冷运转模式和制冷供热水同时运转模式下的必要制冷剂量差相等，因此标准机与制冷循环装置100的剩余制冷剂量也相等，储液器容量等同即可。因此，通过将制冷循环装置100的供热水侧延长配管的最小长度设定为La，能够使储液器容量与标准机等同。即，不能连接比La短的供热水侧延长配管长度。
[0099]供热水侧延长配管的最小长度La具体可通过以下方式进行运算。求出室内侧延长配管长度为Om时的制热运转和制冷供热水同时运转的必要制冷剂相等的状态。若设在制热运转时在室内侧热交换器8和热源侧热交换器4中存在大部分的制冷剂,在制冷供热水同时运转时在水热交换器12、室内侧热交换器8、供热水侧液体延长配管15中存在大部分的制冷剂，则下述的式(I)成立。
[0100]式(I)
[0101]Vhexi X P ηεχι—ο?+VhexqX P hexo_eva — ^hexw^ P hexw—ccm 十 VhexiX P hexi—eva 十 VpLw—LaX P I
[0102]在此，Vhexi为室内侧热交换器8的内容积[m3]，P HEXI—为室内侧热交换器8用作冷凝器的情况下的平均制冷剂密度[kg/m3]，V_为热源侧热交换器4的内容积[m3]，P
eva为热源侧热交换器4用作蒸发器的情况下的平均制冷剂密度[kg/m3]，Vhexw为水热交换器12的内容积[m3]，P HEXw_C0ND为水热交换器12用作冷凝器的情况下的平均制冷剂密度[kg/m3]，P HEXI _ EVA为室内侧热交换器8用作蒸发器的情况下的平均制冷剂密度[kg/m3] ,Vpi^ja为供热水侧液体延长配管15是最小长度时的内容积[m3], P I为液体制冷剂密度[kg/m3]。
[0103] 在供热水侧液体延长配管15中制冷剂处于液相状态，液体制冷剂的制冷剂密度大体为1000kg/m3，因此P 1 = 1000kg/m3。在此，Vhex1、V_、Vhexw由设备规格决定，所以都是
已知的，而P mi—COND、f HEXO _ EVA' ^ HEXw _ COND' P HBiI — EM为未知数，所以考虑了间易地求算的方法。
[0104]图7是表示空气热交换器为冷凝器的情况下的制冷剂的状态的概略图。如图7所示，在空气热交换器为冷凝器的情况下，在冷凝器中制冷剂分成气相、二相、液相各相，一般情况下，各相的容积比例分别为0.15,0.7,0.15，各相的制冷剂密度大致为1000kg/m3、500kg/m3、100kg/m3。在气相状态下，制冷剂密度、容积比例都很小，所以可以不考虑，将P HEXI —_)简易地表示为 P HEXI_COND = S1X P χο 可将 B1 表示为 B1 = 0.15 + 0.7X500/1000=0.51 N 0.50。
[0105]在水热交换器成为冷凝器的情况下，虽然也可以认为与空气热交换器相同，但是在水热交换器中水的出入口温度差为5°C左右，过冷却度无法比空气热交换器时大，为2°C左右。因此，气相、二相、液相各相的容积比例分别为0.15,0.80,0.05，若利用Ρ.—α* =a2X P I表示，则a2为a2 = 0.05 + 0.80X500/1000 = 0.45。在空气热交换器成为蒸发器的情况下，制冷剂分成气相、二相各相，一般情况下，各相的容积比例在储液器为气液分离器这种时为0.0、1.0，在储液器为高压侧配置的贮液器这种时，由于在蒸发器出口处有过热度，所以为0.05,0.95。
[0106]气相、二相的制冷剂密度大约为40kg/m3、200kg/m3。在气相下，由于制冷剂密度、容积比例都很小，所以将其忽略，从而可以使用液体制冷剂密度将P HEXO _ EVA > P HEXI _ EVA简易地表示为 P HEXI_EVA = P ΗΕΠ —EVA = a3x P i,这样一来,可以将 a3 表示为 a3 = 1.0X200/1000=0.20。
[0107]由此，能够将各平均制冷剂密度变换成使用液体制冷剂密度的表达式。若将使用液体制冷剂的表达式代入式(I)的各平均制冷剂密度，将两边除以P i，对vPta—h求解，则可获得下述(2)式。
[0108]式(2)
[0109]Vpm —La — ai X Vhexi — a2 ^ ^hexw 十( Vhexo_Vhexi )
[0110]在此，a1 = 0.50, a2 = 0.45, a3 = 0.20。具体来说,若如之前表示的那样将各热交换器的大致内容积设定为热源侧热交换器4中为4.5L (Vhexo = 0.0045)、室内侧热交换器 8 中为 1.5L (Vhexi = 0.0015)、水热交换器 12 中为 0.7L (Vhexw = 0.0007)，则 VPlw —^成为 0.0010，为 1.0L0
[0111]此时，供热水侧液体延长配管15相对于水热交换器12的容积比率为1.43，为最小容积比率(VPta —h/VHEXw= 1.43)。即，在向标准机追加供热水单元、想使储液容积与标准机相同的情况下，设定供热水侧延长配管的配管长度或者配管直径以使供热水侧液体延长配管15相对于水热交换器12的容积比率为1.43以上(Vpl^Vhexw ^ 1.43)即可。在此，Vplw为供热水侧液体延长配管15的内容积[m3]。首先，相对于任意配管直径的最小长度La的计算方法如以下所示。在供热水侧延长配管的最小长度La与VPta — h之间存在有下式(3)的关系。
[0112]式(3)
[0113]
【权利要求】
1.一种制冷循环装置，具有: 具有压缩机、热源侧热交换器、膨胀阀以及储液器的热源单元， 具有室内侧热交换器的室内单元，以及 具有水热交换器的供热水单元， 利用由室内侧液体延长配管以及室内侧气体延长配管构成的室内侧延长配管连接上述热源单元和上述室内单元，利用由供热水侧液体延长配管以及供热水侧气体延长配管构成的供热水侧延长配管连接上述热源单元和上述供热水单元，其特征在于， 上述供热水侧液体延长配管相对于上述水热交换器的容积比率，为制冷供热水同时运转中的必要制冷剂量与制热运转中的必要制冷剂量相等时的上述供热水侧液体延长配管相对于上述水热交换器的容积比率、即最小容积比率以上， 在所述制冷供热水同时运转中，上述室内侧热交换器成为蒸发器，上述水热交换器成为冷凝器，从上述室内侧热交换器供给冷能，并且，从上述水热交换器供给热能；在所述制热运转中，上述热源侧热交换器成为蒸发器，上述室内侧热交换器成为冷凝器，从上述室内侧热交换器供给热能。
2.如权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于， 上述供热水侧液体延长配管相对于上述水热交换器的容积比率，利用上述供热水侧延长配管的配管长度或者上述供热水侧液体延长配管的配管内径中的至少一个进行设定。
3.如权利要求1或2所述的制冷循环装置，其特征在于， 对上述制冷循环装置的追加填充制冷剂量，不是根据上述供热水侧延长配管的长度而是根据上述室内侧延长配管的长度进行设定。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的制冷循环装置，其特征在于， 上述供热水侧液体延长配管相对于上述室内侧液体延长配管的容积比率， 在制冷运转的必要制冷剂量比上述制热运转的必要制冷剂量多的情况下，为供热水运转的必要制冷剂量与上述制冷运转的必要制冷剂量相等时的上述供热水侧液体延长配管相对于上述室内侧液体延长配管的容积比率、即上限容积比率以下，在所述制冷运转中，上述室内侧热交换器成为蒸发器，上述热源侧热交换器成为冷凝器，从上述室内侧热交换器供给冷能；在所述供热水运转中，上述热源侧热交换器成为蒸发器，上述水热交换器成为冷凝器，从上述水热交换器供给热能； 在上述制热运转的必要制冷剂量比上述制冷运转的必要制冷剂量多的情况下，为上述制冷供热水同时运转的必要制冷剂量与上述制热运转的必要制冷剂量相等时的上述供热水侧液体延长配管相对于上述室内侧液体延长配管的容积比率、即上限容积比率以下。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的制冷循环装置，其特征在于， 在上述制热运转的必要制冷剂量比上述制冷运转的必要制冷剂量多的情况下， 上述供热水侧液体延长配管相对于上述室内侧液体延长配管的容积比率为， 上述制热运转与上述供热水运转的必要制冷剂量的差与液体制冷剂充满上述储液器的有效内容积情况下的上述储液器的制冷剂量相等时的、上述供热水侧液体延长配管相对于上述室内侧液体延长配管的容积比率、即下限容积比率以上。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的制冷循环装置，其特征在于， 上述热源单元具有:高压检测机构，检测从上述压缩机到上述膨胀阀之间的任一位置处的制冷剂的高压压力； 热源侧热交换器液体侧温度检测机构，检测上述热源侧热交换器的液体侧制冷剂的温度；以及 具有过冷却度控制机构的控制装置，所述过冷却度控制机构控制上述膨胀阀的开度，以使在上述制冷运转时上述热源侧热交换器的液体侧制冷剂的过冷却度为规定值以下。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的制冷循环装置，其特征在于， 能够进行上述室内侧热交换器成为蒸发器、上述水热交换器成为冷凝器且上述热源侧热交换器成为冷凝器的并行冷凝运转， 具有在从上述制冷运转切换到上述制冷供热水同时运转之前实施上述并行冷凝运转的并行冷凝运转实施机构。
8.如权利要求7所述的制冷循环装置，其特征在于， 上述供热水单元具有: 水热交换器出口水温检测机构，检测上述水热交换器的出口水温；以及 水热交换器液体侧温度检测机构，检测上述水热交换器的液体侧制冷剂的温度， 上述并行冷凝运转实施机构， 在上述并行冷凝运转时上述水热交换器液体侧温度比上述出口水温低规定值以上的情况下结束上述并行冷凝运转。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的制冷循环装置，其特征在于， 上述热源单元具有 连接作为上述压缩机与上述热源侧热交换器的气体侧之间的任一位置的连接点A、和作为上述室内侧热交换器与上述膨胀阀之间的任一位置的连接点B的低压旁通配管， 在上述低压旁通配管上设置有低压均压电磁阀以及止回阀，以使制冷剂从上述连接点A向上述连接点B流动。
10.如权利要求1至9 中的任一项所述的制冷循环装置，其特征在于， 上述供热水单元具有 用于冷却成为上述水热交换器的液体侧的过冷却液的制冷剂的过冷却热交换器。
【文档编号】F25B29/00GK103842747SQ201180073987
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2011年10月4日 优先权日:2011年10月4日
【发明者】玉木章吾, 齐藤信, 大矢亮 申请人:三菱电机株式会社