热泵的制作方法
【专利摘要】本发明在为了调节制冷剂回路的热平衡而使用了辅助热交换器的情况下也保证热泵的效率不下降。制冷剂回路(10)中设置有让制冷剂回路(10)的制冷剂和室外空气进行热交换的辅助热交换器(1)。辅助热交换器(1)连接在制冷剂回路(10)保证低级压缩机(11)和高级压缩机(12)之间的连结通路(4)与低级膨胀阀(15)和高级膨胀阀(14)之间的连结通路(7)相连通。
【专利说明】热泵【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热泵，特别涉及一种包括能够同时处理冷热和温热的制冷剂回路的热泵。
【背景技术】
[0002]到目前为止，能够同时处理加热负荷和冷却负荷的热泵已为众人所知。这些热泵中有的热泵包括以下制冷剂回路，在该制冷剂回路中除了连接有处理上述加热负荷的加热用热交换器和处理上述冷却负荷的冷却用热交换器以外，还连接有辅助热交换器(参照专利文献I)。
[0003]该辅助热交换器根据加热负荷和冷却负荷的状况做调节，保证上述制冷剂回路中的热平衡不会不平衡。在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述制冷剂回路放热过多的情况下，上述辅助热交换器变成蒸发器，增加吸热量来让热平衡达到平衡。也就是说，让在加热用热交换器中冷凝的制冷剂在冷却用热交换器和辅助热交换器两热交换器中蒸发。
[0004]相反，在上述加热负荷小于上述冷却负荷，上述制冷剂回路吸热过多的情况下，辅助热交换器变成冷凝器增加放热量来让热平衡达到平衡。也就是说，让在冷却用热交换器蒸发的制冷剂在加热用热交换器和辅助热交换器两热交换器中冷凝。
[0005]专利文献1:日本公开特许公报特开2001-349639号公报
【发明内容】
[0006]-发明要解决的技术问题-
[0007]该辅助热交换器让室外空气和制冷剂进行热交换。因此，该辅助热交换器的热交换量不被用于处理加热负荷和冷却负荷，不会对热泵的能力做出什么贡献。尽管如此，还是存在上述压缩机的动力的一部分被作为将制冷剂供向该辅助热交换器的动力白白地用掉，热泵的效率下降这样的问题。
[0008]本发明正是为解决上述问题而完成的，其目的在于:使为了调节制冷剂回路的热平衡而利用了辅助热交换器的热泵能够进行效率比现有技术更高的运转。
[0009]-用以解决技术问题的技术方案-
[0010]第一方面发明是一种制冷装置，其包括制冷剂回路10和辅助热交换器1，用制冷剂通路将低级压缩机构11、高级压缩机构12、高温热交换器13、高级膨胀机构14、低级膨胀机构15以及低温热交换器16依次连接起来形成制冷剂回路10，制冷剂在上述高温热交换器13中向高温流体放 热，制冷剂在上述低温热交换器16中从低温流体吸热而蒸发，由此能够在该制冷剂回路10中进行制冷循环。上述辅助热交换器I连接在上述制冷剂回路10中保证使上述低级压缩机构11和上述高级压缩机构12之间的制冷剂通路与上述低级膨胀机构15和上述高级膨胀机构14之间的制冷剂通路连通，让上述制冷剂回路10的制冷剂和热源流体在上述辅助热交换器I中进行热交换。
[0011]这里，在现有技术中的热泵的情况下，让上述制冷剂回路10中的制冷剂靠单级压缩进行循环，为了让上述辅助热交换器I起冷凝器的作用，就只有使该辅助热交换器I与上述制冷剂回路10的高压制冷剂管道系统(高压制冷剂流动的流路)连通(参照图13(A))；为了让上述辅助热交换器I起蒸发器的作用，就只有让该辅助热交换器I与上述制冷剂回路10的低压制冷剂管道系统(低压制冷剂流动的流路)连通。
[0012]在第一方面发明中，由双级压缩双级膨胀的回路构成上述制冷剂回路10，将辅助热交换器I布置在该制冷剂回路10的中压制冷剂管道系统(中压制冷剂流经的流路)中(参照图13(B))。这样一来，在让上述辅助热交换器I起冷凝器的作用的情况下，将上述低级压缩机构11压缩的制冷剂的一部分供向辅助热交换器I即可，故上述制冷剂回路10的压缩动力减小。
[0013]而且，在让上述辅助热交换器I起蒸发器的作用之际，将被上述高级膨胀机构减压的制冷剂的一部分供向辅助热交换器I并使其蒸发后，由上述高级压缩机构12吸入即可,故上述制冷剂回路10的压缩动力减小。
[0014]第二方面发明是这样的，在第一方面发明中，该制冷装置包括压缩机构调节部41。上述压缩机构调节部41根据上述高温热交换器13的加热负荷调节上述高级压缩机构12的工作容量(operat i ng capac i ty);根据上述低温热交换器16的冷却负荷调节上述低级压缩机构11的工作容量。
[0015]在第二方面发明中，如果上述加热负荷增大，则增加上述高级压缩机构12的工作容量；如果上述加热负荷减小，则减少上述高级压缩机构12的工作容量。而且,如果上述冷却负荷增大，则增加上述低级压缩机构11的工作容量；如果上述冷却负荷减小，则减少上述低级压缩机构11的工作容量。
[0016]这里，如果上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述高级压缩机构12的工作容量大于上述低级压缩机构11的工作容量，在上述辅助热交换器I中蒸发的制冷剂则与从上述低级压缩机构11喷出的制冷剂一起被吸入上述高级压缩机构12。
[0017]相反,如果上述冷却负荷大于上述加热负荷,上述低级压缩机构11的工作容量大于上述高级压缩机构12的工作容量，上述低级压缩机构11的制冷剂喷出量就会比上述高级压缩机构12的制冷剂吸入量大。其结果是，从上述低级压缩机构11喷出且未被吸入上述高级压缩机构12的制冷剂流向上述辅助热交换器I。通过让该辅助热交换器I起冷凝器的作用，制冷剂就会在该辅助热交换器I中冷凝。
[0018]这样一来，如果上述加热负荷大于上述冷却负荷，就能够让上述辅助热交换器I起蒸发器的作用；如果上述冷却负荷大于上述加热负荷，就能够让上述辅助热交换器I起冷凝器的作用。
[0019]第三方面发明是这样的，在第二方面发明中，该制冷装置包括能够在低级吸入状态和高级吸入状态之间切换的切换机构51、52。上述低级吸入状态是:在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述辅助热交换器I和上述低温热交换器16都起蒸发器的作用的情况下，当上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的蒸发压力在上述低温热交换器16的蒸发压力以下时，将从上述辅助热交换器I流出的制冷剂引向上述低级压缩机构11的吸入侧。上述高级吸入状态是:在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述辅助热交换器I和上述低温热交换器16都起蒸发器的作用的情况下，当上述压力差在规定值以上且上述辅助热交换器I的蒸发压力大于上述低温热交换器16的蒸发压力时，将从上述辅助热交换器I流出的制冷剂引向上述高级压缩机构12的吸入侧。
[0020]这里，上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差越小，上述低级压缩机构11的吸入压力和喷出压力就越接近，双级压缩所带来的热泵的工作效率的提高效果就小。而且，如果上述辅助热交换器I的蒸发压力低于上述低温热交换器16的蒸发压力，上述低级压缩机构11的吸入制冷剂的压力和喷出制冷剂的压力就会倒过来，上述低级压缩机构11就不再起作用了。实际上，上述低级压缩机构11运转以降低吸入制冷剂的压力，但是因为该情况下吸入制冷剂的压力低于上述低温热交换器16的最佳蒸发压力，所以热泵的工作效率下降。此外，是在能够获得双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果的压力差范围内设定该规定值。
[0021]在第三方面发明中，在上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的蒸发压力在上述低温热交换器16的蒸发压力以下时，上述切换机构51、52处于低级吸入状态。这样一来，在上述辅助热交换器I中已蒸发的制冷剂被吸入上述低级压缩机构11。
[0022]另一方面，在上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差在规定值以上且上述辅助热交换器I的蒸发压力大于上述低温热交换器16的蒸发压力时，将在上述辅助热交换器I中已蒸发的制冷剂吸入上述高级压缩机构12，能够让热泵高效率运转，上述切换机构51、52处于高级吸入状态。
[0023]第四方面发明是这样的，在第一到第三方面中任一方面发明中，该制冷装置包括经济器管道53、减压机构54以及经济器热交换器55。上述经济器管道53从上述高温热交换器13和上述高级膨胀机构14之间的制冷剂管道分出来，与上述低级压缩机构11和上述高级压缩机构12之间的制冷剂管道相连接。上述减压机构54将上述经济器管道53中的制冷剂减压。上述经济器热交换器55让上述经济器管道53中的被上述减压机构54减压后的制冷剂与从上述高温热交换器13流向上述高级膨胀机构14的高压制冷剂进行热交换。
[0024]在第四方面发明中，与不设置上述经济器热交换器55的情况相比，能够使从上述高温热交换器13流向上述高级膨胀机构14的制冷剂的过冷却度更大，热泵的高效率运转成为可能。
[0025]第五方面发明是这样的，在第一方面发明中，该制冷装置包括低级旁路通路18和压缩机构调节部41。上述低级旁路通路18将上述低级压缩机构11旁路。在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下，上述压缩机构调节部41 一边至少切换为高级单独压缩动作或者双级压缩动作，一边对上述低级压缩机构11和上述高级压缩机构12的运转状态进行调节。在上述高级单独压缩动作下，当上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的蒸发压力在上述低温热交换器16的蒸发压力以下时，根据上述高温热交换器13的加热负荷调节上述高级压缩机构12的工作容量，让上述低级压缩机构11停止运转。在上述双级压缩动作下，当上述压力差在规定值以上且上述辅助热交换器I的蒸发压力高于上述低温热交换器16的蒸发压力时，根据上述高温热交换器13的加热负荷调节上述高级压缩机构12的工作容量，根据上述低温热交换器16的冷却负荷调节上述低级压缩机构11的工作容量。
[0026]这里，上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差越小，上述低级压缩机构11的吸入压力和喷出压力就越接近，双级压缩带来的热泵的工作效率的提高效果就小。而且，如果上述辅助热交换器I的蒸发压力低于上述低温热交换器16的蒸发压力，上述低级压缩机构11的吸入制冷剂的压力和喷出制冷剂的压力就会倒过来，上述低级压缩机构11就不再起作用了。实际上，上述低级压缩机构11运转以降低吸入制冷剂的压力，但是因为在该情况下吸入制冷剂的压力低于上述低温热交换器16的最佳蒸发压力，所以热泵的工作效率降低。此外，在能够获得双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果的压力差范围内设定该规定值。
[0027]在第五方面发明中，在上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的蒸发压力在上述低温热交换器16的蒸发压力以下时，让上述低级压缩机构11停止运转，仅启动上述高级压缩机构12(高级单独压缩动作)。通过让上述低级压缩机构11停止运转，在上述低温热交换器16蒸发的制冷剂通过上述低级旁路通路18以后就会与在上述辅助热交换器I中已蒸发的制冷剂一起被吸入上述高级压缩机构12。
[0028]第六方面发明是这样的，在第一方面发明中，该制冷装置包括高级旁路通路19和压缩机构调节部41。上述高级旁路通路19将上述高级压缩机构12旁路。在上述加热负荷小于上述冷却负荷的情况下，上述压缩机构调节部41 一边至少切换为高级单独压缩动作或者双级压缩动作，一边对上述低级压缩机构11和上述高级压缩机构12的运转状态进行调节。在上述低级单独压缩动作下，当上述辅助热交换器I的冷凝压力和上述高温热交换器13的冷凝压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的冷凝压力在上述高温热交换器13的冷凝压力以上时，让上述高级压缩机构12停止运转，根据上述低温热交换器16的冷却负荷调节上述低级压缩机构11的工作容量。在上述双级压缩动作下，当上述压力差在规定值以上且上述辅助热交换器I的冷凝压力低于上述高温热交换器13的冷凝压力时，根据上述高温热交换器13的加热负荷调节上述高级压缩机构12的工作容量，根据上述低温热交换器16的冷却负荷调节上述低级压缩机构11的工作容量。
[0029]这里，上述辅助热交换器I的冷凝压力和上述高温热交换器13的冷凝压力的压力差越小，上述高级压缩机构12的吸入压力和喷出压力就越接近，双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果就越小。而且，如果上述辅助热交换器I的冷凝压力高于上述高级压缩机构12的冷凝压力，上述高级压缩机构12的吸入制冷剂的压力和喷出制冷剂的压力就会倒过来，上述高级压缩机构12就不再起作用了。实际上，上述高级压缩机构12运转以提高喷出制冷剂的压力，但是因为在该情况下喷出制冷剂的压力高于上述高温热交换器13的最佳冷凝压力，所以热泵的工作效率下降。此外，在能够获得双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果的压力差范围内设定该规定值。
[0030]在第六方面发明中，上述辅助热交换器I的冷凝压力和上述高温热交换器13的冷凝压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的冷凝压力在上述高温热交换器13的冷凝压力以上时，让上述高级压缩机构12停止运转，仅启动上述低级压缩机构11(低级单独压缩动作)。通过让上述高级压缩机构12停止运转，从上述低级压缩机构11喷出的制冷剂就会分流，流向上述辅助热交换器I和上述高级旁路通路19。
[0031]第七方面发明是这样的，在第二到第六方面中任一方面发明中，该制冷装置包括流量调节机构2和流量调节机构调节部43，上述流量调节机构2对流经上述辅助热交换器I的制冷剂的流量进行调节。在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下，上述流量调节机构调节部43对上述流量调节机构2进行调节，以使从上述辅助热交换器I流出的制冷剂的过热度达到规定值。
[0032]在第七方面发明中，在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述辅助热交换器I起蒸发器的作用的情况下，能够利用上述流量调节机构调节部43的动作让流入上述辅助热交换器I的制冷剂可靠地蒸发。
[0033]第八方面发明是这样的，在第二到第六方面中任一方面发明中，该制冷装置包括流量调节机构2和流量调节机构调节部43。上述流量调节机构2对流经上述辅助热交换器I的制冷剂的流量进行调节。在上述加热负荷小于上述冷却负荷的情况下，上述流量调节机构调节部43对上述流量调节机构2进行调节，以使从上述辅助热交换器I流出的制冷剂的过冷却度达到规定值。
[0034]在第八方面发明中，在上述加热负荷小于上述冷却负荷，上述辅助热交换器I起冷凝器的作用的情况下，能够利用上述流量调节机构调节部43的动作使流入上述辅助热交换器I的制冷剂可靠地冷凝。
[0035]第九方面发明是这样的，在第二到第六方面任一方面发明中，该制冷装置包括高级膨胀机构调节部44。在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下，上述高级膨胀机构调节部44将上述高级膨胀机构14设定为全开。
[0036]在第九方面发明中，通过使上述高级膨胀机构14成为全开，仅用上述流量调节机构2就能够对流向上述辅助热交换器I的制冷剂进行调节。
[0037]第十方面发明是这样的，在第二到第八方面任一方面发明中，该制冷装置包括高级膨胀机构调节部44。在上述加热负荷小于上述冷却负荷的情况下，上述高级膨胀机构调节部44对上述高级膨胀机构14进行调节，以使上述高级膨胀机构14出口处的制冷剂温度达到上述辅助热交换器I出口处的制冷剂温度和上述低温热交换器16出口处的制冷剂温度之间的温度。。
[0038]在第十方面发明中，能够可靠地使从上述高级膨胀机构14流出的制冷剂的压力成为上述制冷剂回路10的中压。
[0039]-发明的效果-
[0040]根据本发明，与将上述辅助热交换器I布置在高压制冷剂管道系统、低压制冷剂管道系统中的情况相比，将上述辅助热交换器I布置在上述制冷剂回路10的中压制冷剂管道系统中以后，能够降低用于将制冷剂供向上述辅助热交换器I的上述制冷剂回路10的压缩动力。不用进行控制就能够让所需量的制冷剂流向上述辅助热交换器I。这样一来，就能够使上述热泵的工作效率比现有技术高。
[0041]根据上述第二方面发明，通过根据上述加热负荷调节上述高级压缩机12，根据上述冷却负荷调节上述低级压缩机构11，在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下就能够让上述辅助热交换器I起蒸发器的作用:在上述冷却负荷大于上述加热负荷的情况下就能够让上述辅助热交换器I起冷凝器的作用。这样就能够根据加热负荷和冷却负荷的状况使上述辅助热交换器I成为蒸发器或者冷凝器，无需在上述制冷剂回路10中设置切换阀。
[0042]根据上述第三方面发明，上述切换机构51、52根据上述辅助热交换器I和上述低温热交换器16的蒸发压力而切换为低级吸入状态和高级吸入状态。这样一来，就能够根据需要将在上述辅助热交换器I中蒸发的制冷剂吸入上述低级压缩机构11或者上述高级压缩机构12内，从而能够让热泵总是高效率地运转。
[0043]根据上述第四方面发明，与不设置上述经济器热交换器55的情况相比，能够增大从上述高温热交换器13流向上述高级膨胀机构14的制冷剂的过冷却度。这样一来就能够提闻上述热栗的效率。
[0044]根据上述第五方面发明，上述压缩机构调节部41的动作根据上述辅助热交换器I和上述低温热交换器16的蒸发压力切换为双级压缩动作或者高级单独压缩动作。这样一来就能够根据需要让上述热泵以双级压缩或者单级压缩进行运转，从而能够让热泵总是高效率地运转。
[0045]根据上述第六方面发明，上述压缩机构调节部41的动作根据上述辅助热交换器I和上述高温热交换器13的冷凝压力切换为双级压缩动作或者低级单独压缩动作。这样一来就能够根据需要让上述热泵以双级压缩或者单级压缩进行运转，从而能够让热泵总是高效率地运转。
[0046]根据上述第七方面发明，能够利用上述流量调节机构调节部43使流入上述辅助热交换器I的制冷剂完全蒸发，从而能够确保上述辅助热交换器I的热交换量。这样一来，在上述加热负荷大于上述冷却负荷的状态下也能够可靠地使上述制冷剂回路10的热平衡达到平衡。
[0047]根据上述第八方面发明，能够利用上述流量调节机构调节部43使流入上述辅助热交换器I的制冷剂可靠地冷凝，从而能够确保上述辅助热交换器I的热交换量。这样一来，在上述加热负荷小于上述冷却负荷的状态也能够可靠地使上述制冷剂回路10的热平衡达到平衡。
[0048]根据上述第九方面发明，仅使用上述流量调节机构2就能够调节流向上述辅助热交换器I的制冷剂。这样一来就能够使对流向上述辅助热交换器I的制冷剂流量控制工作
简单化。
[0049]根据上述第十方面发明，能够可靠地使从上述高级膨胀机构14流出的制冷剂的压力成为上述制冷剂回路10的中压，从而能够让制冷剂和热源流体在上述辅助热交换器I中可靠地进行热交换。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1是本实施方式所涉及的热泵的制冷剂回路图。
[0051]图2是示出本实施方式中加热过多运转下制冷剂的流动情况的图。
[0052]图3是示出本实施方式中冷却过多运转下制冷剂的流动情况的图。
[0053]图4是示出本实施方式中单独加热运转下制冷剂的流动情况的图。
[0054]图5是示出本实施方式中单独冷却运转下制冷剂的流动情况的图。
[0055]图6是本实施方式的变形例I所涉及的热泵的制冷剂回路图。
[0056]图7是本实施方式的变形例2所涉及的热泵的制冷剂回路图。
[0057]图8是本实施方式的变形例3所涉及的热泵的制冷剂回路图。
[0058]图9是示出变形例3中高级单独压缩运转下制冷剂的流动情况的图。
[0059]图10是示出变形例3中低级单独压缩运转下制冷剂的流动情况的图。[0060]图11是示出控制器的结构的图。
[0061]图12是本实施方式的变形例4所涉及的热泵的制冷剂回路图。
[0062]图13是在Ρ-h线图上示意地示出各热交换器和制冷循环之间的关系的图，(A)是将辅助热交换器设置在高压制冷剂管道系统中的图，(B)是将辅助热交换器设置在中压制冷剂管道系统中的图。
【具体实施方式】
[0063]下面，参照附图对本发明的实施方式做详细的说明。
[0064]本实施方式中的热泵是产业上使用的热泵。该热泵能够同时取出冷热和温热。该热泵中设置有制冷剂回路10和控制器40。
[0065]一制冷剂回路_
[0066]上述制冷剂回路10利用双级压缩双级膨胀进行制冷循环。该制冷剂回路10中，设置有低级压缩机(低级压缩机构)11、高级压缩机(高级压缩机构)12、加热用热交换器(高温热交换器)13、高级膨胀阀(高级膨胀机构)14、低级膨胀阀(低级膨胀机构)15、冷却用热交换器(低温热交换器)16、流量调节阀(流量调节机构)2以及辅助热交换器I。
[0067]上述低级压缩机11和上述高级压缩机12都是完全密闭型压缩机，上述低级压缩机11上连接有低级侧变频器(无图示)，上述高级压缩机12上连接有高级侧变频器(无图示)。可以利用这些变频器来改变各压缩机11、12的转速。上述低级压缩机11的喷出口和上述高级压缩机12的吸入口用压缩机侧的连接管道4连接起来。在该连接管道4上靠近上述低级压缩机11的位置上安装有止回阀CVl。该止回阀CVl允许制冷剂从上述低级压缩机11朝着上述高级压缩机12流动，阻止制冷剂朝着相反方向流动。
[0068]上述加热用热交换器13中具有制冷剂流路13a和水流路13b。该制冷剂流路13a的流入口和上述高级压缩机12的喷出口用第一制冷剂管道5连接起来，上述制冷剂流路13a的流出口和上述高级膨胀阀14的流入口用第二制冷剂管道6连接起来。另一方面，上述加热用热交换器13的水流路13b与温水回路30连通。该温水回路30中连接有温水泵31和温水箱32。该加热用热交换器13构成为:在从上述高级压缩机12喷出的高压制冷剂通过上述制冷剂流路13a、从上述温水泵31流出的水通过上述水流路13b之际，上述高压制冷剂和上述水进行热交换。
[0069]上述高级膨胀阀14和上述低级膨胀阀15皆由开度可调节的电子膨胀阀构成。上述高级膨胀阀14的流出口和上述低级膨胀阀15的流入口用膨胀阀侧连接管道7连接起来。
[0070]上述冷却用热交换器16中具有制冷剂流路16a和水流路16b。该制冷剂流路16a的流入口和上述低级膨胀阀15的流出口用第三制冷剂管道8连接起来，上述制冷剂流路16a的流出口和上述低级压缩机11的吸入口用第四制冷剂管道9连接起来。另一方面，上述冷却用热交换器16中的水流路16b与冷水回路33连通。该冷水回路33中连接有冷水泵34和冷水箱35。该冷却用热交换器16构成为:在从上述低级膨胀阀15流出的低压制冷剂通过上述制冷剂流路16a、从上述冷水泵34流出的水通过上述水流路16b之际上述低压制冷剂和上述水进行热交换。
[0071]如上所述，上述制冷剂回路10具有低级压缩机11、高级压缩机12、[0072]加热用热交换器13、高级膨胀阀14、低级膨胀阀15以及冷却用热交换器16依次连接起来而构成的封闭回路。该封闭回路中连接有上述辅助热交换器I和上述流量调节阀2。
[0073]<辅助热交换器>
[0074]上述辅助热交换器I能够实现上述制冷剂回路10所涉及的制冷循环的热平衡。
[0075]上述辅助热交换器I例如是横肋管片式热交换器，具有制冷剂通路Ia和空气通路(无图示)。在该辅助热交换器I的制冷剂通路Ia的一端上连接有从上述压缩机侧的连接管道4分出来的支管3a ;另一端上连接有从上述膨胀阀侧连接管道7分出来的支管3b。此夕卜，该支管3b上设置有上述流量调节阀2。
[0076]而且，在上述辅助热交换器I附近设置有送风风扇17。该辅助热交换器I构成为:在从上述低级压缩机11喷出的制冷剂或者从上述高级膨胀阀14流出的制冷剂通过上述制冷剂通路la、上述送风风扇17的空气通过上述空气通路之际，上述制冷剂和室外空气进行热交换。
[0077]-控制器-
[0078]上述控制器40对上述热泵的运转状态进行控制。如图11所示，该控制器40中设置有压缩机调节部(压缩机构调节部)41、负荷判断部42、流量调节阀调节部(流量调节机构调节部)43、高级膨胀阀调节部(高级膨胀机构调节部)44以及低级膨胀阀调节部(低级膨胀机构调节部)45。多个温度传感器21?26与上述控制器40电连接。
[0079]具体而言，多个温度传感器21?26是检测上述高级膨胀阀14出口处的制冷剂温度的高级膨胀阀温度传感器21、检测上述冷却用热交换器16出口处的制冷剂温度的冷却热交温度传感器22、检测通过上述辅助热交换器I之前之后的制冷剂温度的第一、第二辅助热交温度传感器23、24、检测上述加热用热交换器13出口处的温水温度的温水温度传感器25以及检测上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度的冷水温度传感器26。
[0080]<压缩机调节部>
[0081]上述温水温度传感器25和上述冷水温度传感器26的检测值、上述加热用热交换器13出口处的温水温度的温水设定值、和上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度的冷水设定值输入上述压缩机调节部41。
[0082]在上述温水温度传感器25的检测值比上述温水设定值低的情况下，上述压缩机调节部41将用来提高上述高级压缩机12的转速的信号输给该高级侧变频器；在上述温水温度传感器25的检测值比上述温水设定值高的情况下，上述压缩机调节部41则将用来降低上述高级压缩机12的转速的信号输给该高级侧变频器。
[0083]在上述冷水温度传感器26的检测值比上述冷水设定值高的情况下，上述压缩机调节部41将用来提高上述低级压缩机11的转速的信号输给该低级侧变频器；在上述冷水温度传感器26的检测值比上述冷水设定值低的情况下，上述压缩机调节部41将用来降低上述低级压缩机11的转速的信号输给该低级侧变频器。
[0084]这样一来，上述压缩机调节部41就会根据上述加热负荷调节上述高级压缩机12的工作容量，根据上述冷却负荷调节上述低级压缩机11的工作容量。
[0085]<负荷判断部>
[0086]上述低级侧和高级侧变频器的频率指令值被输入上述负荷判断部42。在该负荷判断部42，基于低级侧变频器的频率指令值检测冷却负荷，基于高级侧变频器的频率指令值检测加热负荷。在高级侧变频器的频率指令值比低级侧变频器的频率指令值大的情况下，该负荷判断部42会做出上述加热负荷大于上述冷却负荷的判断，并输出加热过多信号；在高级侧变频器的频率指令值比低级侧变频器的频率指令值小的情况下，该负荷判断部42会做出上述加热负荷小于上述冷却负荷的判断，并输出冷却过多信号。
[0087]<流量调节阀调节部>
[0088]第一、第二辅助热交温度传感器23、24的检测值和上述负荷判断部42的判断信号输入上述流量调节阀调节部43 ;检测在上述辅助热交换器I内流动的制冷剂的温度的辅助热交内部温度传感器(无图示)的检测值输入上述流量调节阀调节部43。
[0089]当加热过多信号从上述负荷判断部42输入该流量调节阀调节部43时，该流量调节阀调节部43则以上述辅助热交内部温度传感器的检测值作为辅助热交换器I的蒸发温度，并根据该蒸发温度由第二辅助热交温度传感器24的检测值计算出上述辅助热交换器I的出口过热度。然后，开度调节信号被适当地从上述流量调节阀调节部43输给上述流量调节阀2，调节上述流量调节阀2的开度以使上述出口过热度达到规定值(例如3°C )。
[0090]另一方面，当从上述负荷判断部42输入冷却过多信号时，该流量调节阀调节部43便将上述辅助热交内部温度传感器的检测值设定为辅助热交换器I的冷凝温度，并根据该冷凝温度由第一辅助热交温度传感器23的检测值计算出上述辅助热交换器I的出口过冷却度。然后，开度调节信号被适当地从上述流量调节阀调节部43输给上述流量调节阀2，调节上述流量调节阀2的开度以使上述出口过冷却度达到规定值(例如2V )。
[0091]〈高级膨胀阀调节部〉
[0092]上述高级膨胀阀温度传感器21的检测值、上述冷却热交温度传感器22的检测值、上述第二辅助热交温度传感器24的检测值以及上述负荷判断部42的判断信号输入上述高级膨胀阀调节部44。
[0093]当加热过多信号从上述负荷判断部42输入该高级膨胀阀调节部44时，开度调节信号就会从高级膨胀阀调节部44输给上述高级膨胀阀14，结果是上述高级膨胀阀14的开度变成全开。
[0094]另一方面，当从上述负荷判断部42输入冷却过多信号时，开度调节信号被适当地从高级膨胀阀调节部44输给上述高级膨胀阀14，调节上述高级膨胀阀14的开度，以使上述高级膨胀阀14出口处的制冷剂温度(高级膨胀阀温度传感器21的检测值)达到上述辅助热交换器I出口处的制冷剂温度(第二辅助热交温度传感器24的检测值)与上述低温热交换器16出口处的制冷剂温度(冷却热交温度传感器22的检测值)之间的温度。
[0095]〈低级膨胀阀调节部〉
[0096]上述冷却热交温度传感器22的检测值输入上述低级膨胀阀调节部45。检测在上述冷却用热交换器16内流动的制冷剂的温度的冷却热交内部温度传感器(无图示)的检测值输入低级膨胀阀调节部45。
[0097]该低级膨胀阀调节部45以上述冷却热交内部温度传感器的检测值作为冷却用热交换器16的蒸发温度，并根据该蒸发温度由上述冷却热交温度传感器22的检测值计算出上述冷却用热交换器16的出口过热度。然后，
[0098]开度调节信号被适当地从上述低级膨胀阀调节部45输给上述低级膨胀阀15，调节上述低级膨胀阀15的开度，以使上述出口过热度达到规定值(例如3°C )。
[0099]一热泵的工作情况-
[0100]接下来，说明上述热泵是如何工作的。该热泵不使用切换阀等就能够根据加热负荷和冷却负荷的状况进行加热过多运转或者冷却过多运转。先对加热过多运转和冷却过多运转做说明，然后再对单独加热运转和单独冷却运转做说明。
[0101]〈加热过多运转〉
[0102]图2所示的加热过多运转是在上述热泵的加热负荷比冷却负荷大的情况下所进行的运转。此外，在本实施方式中，说明的是在室外空气温度为15°C、在上述压缩机调节部41设定的温水设定值为65°C、冷水设定值为7°C、上述热泵的必备加热能力为90%、必备冷却能力为60%的情况下进行的加热过多运转。
[0103]在该加热过多运转下，利用上述控制器40的压缩机调节部41调节上述高级压缩机12的转速，以使上述加热用热交换器13出口处的温水温度达到温水设定值即65°C ;利用上述控制器40的压缩机调节部41对上述低级压缩机11的转速进行调节，以使上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度达到冷水设定值即7V。
[0104]由上述高级膨胀阀调节部44将上述高级膨胀阀14设定为全开；由上述流量调节阀调节部43调节上述流量调节阀2的开度，以使上述辅助热交换器I的出口过热度达到3°C ;由上述低级膨胀阀调节部45调节上述低级膨胀阀15的开度，以使上述冷却用热交换器16的出口过热度达到3°C。
[0105]因为在上述低级压缩机11和上述高级压缩机12开始运转以后，加热负荷比冷却负荷大，所以上述高级压缩机12的转速比上述低级压缩机11的转速高，高级压缩机12的制冷剂吸入量比低级压缩机11的制冷剂喷出量多。
[0106]因此，在上述辅助热交换器I中蒸发的制冷剂与从上述低级压缩机11喷出的制冷剂一起被吸入上述高级压缩机12。也就是说，制冷剂在上述辅助热交换器I内自膨胀阀一侧朝着压缩机一侧(从图2所示的辅助热交换器I的左侧朝着右侧)流动。
[0107]从上述高级压缩机12喷出的制冷剂在上述加热用热交换器13中向上述温水回路30中的水放热而冷凝。此时，上述加热用热交换器13的冷凝温度在70°C左右，上述温水回路30中的水由于上述加热用热交换器13中的制冷剂放热而被加热到65°C。在上述加热用热交换器13中冷凝的制冷剂通过被上述高级膨胀阀调节部44设定为全开的高级膨胀阀14后分成两个支流流动。
[0108]该分流后的制冷剂的一支流被上述低级膨胀阀15减压后在上述冷却用热交换器16中从上述冷水回路33的水中吸热而蒸发。此时的上述冷却用热交换器16的蒸发温度在(TC左右，上述冷水回路33中的水由于上述冷却用热交换器16的制冷剂吸热而被冷却到7V。在上述冷却用热交换器16中蒸发的制冷剂被吸入上述低级压缩机11并被压缩后，被喷向上述高级压缩机12的吸入侧。
[0109]另一方面，该分流后的制冷剂的另一支流被上述流量调节阀2减压后在上述辅助热交换器I中从室外空气吸热而蒸发。此时的蒸发温度在10°c左右。在上述辅助热交换器I中蒸发的制冷剂与从上述低级压缩机11喷出的制冷剂合流后，被吸入上述高级压缩机12并被压缩后，再次被喷向上述加热用热交换器13。
[0110]这样一来，当加热负荷比冷却负荷大时，上述辅助热交换器I的制冷剂的流动方向是从膨胀阀一侧到压缩机一侧，上述辅助热交换器I起蒸发器的作用。因此上述制冷剂回路10能够一边保持热平衡一边进行制冷循环。
[0111]〈冷却过多运转〉
[0112]图3所示的冷却过多运转是上述热泵的加热负荷小于冷却负荷的情况下进行的运转。此外，在本实施方式中，说明的是在室外空气温度为15°C、在上述压缩机调节部41设定的温水设定值为65°C、冷水设定值为7°C、上述热泵的必备加热能力为90%、必备冷却能力为60%的情况下进行的冷却过多运转。
[0113]在该冷却过多运转下，利用上述控制器40的压缩机调节部41调节上述高级压缩机12的转速，以使上述加热用热交换器13出口处的温水温度达到温水设定值即65°C ;利用上述控制器40的压缩机调节部41调节上述低级压缩机11的转速，以使上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度达到冷水设定值即7V。
[0114]由上述高级膨胀阀调节部44调节上述高级膨胀阀14的开度，以使上述高级膨胀阀14的出口处制冷剂温度达到上述辅助热交换器I出口处的制冷剂温度和上述冷却用热交换器16出口处的制冷剂温度之间的温度；由上述流量调节阀调节部43调节上述流量调节阀2的开度，以使上述辅助热交换器I的出口过冷却度达到2°C ;由上述低级膨胀阀调节部45调节上述低级膨胀阀15的开度，以使上述冷却用热交换器16的出口过热度达到3°C。
[0115]因为在上述低级压缩机11和上述高级压缩机12开始运转以后，加热负荷比冷却负荷小，所以上述高级压缩机12的转速比上述低级压缩机11的转速低，高级压缩机12的制冷剂吸入量比低级压缩机11的制冷剂嗔出量少。
[0116]若如此，则上述高级压缩机12就不能将从上述低级压缩机11喷出的制冷剂全部吸进来，从上述低级压缩机11喷出的制冷剂就会有一部分流向上述辅助热交换器I。也就是说，制冷剂在上述辅助热交换器I内自压缩机一侧朝着膨胀阀一侧(从图3所示的辅助热交换器I的右侧朝向左侧)流动。
[0117]从上述低级压缩机11分流流向上述高级压缩机12的制冷剂在该高级压缩机12中被压缩后，喷向上述加热用热交换器13。从上述高级压缩机12喷出的制冷剂在上述加热用热交换器13中向上述温水回路30中的水放热而冷凝。此时的冷凝温度在70°C左右，上述温水回路30中的水由于上述加热用热交换器13中的制冷剂放热而被加热到65°C。在上述加热用热交换器13中冷凝的制冷剂被上述高级膨胀阀14减压。
[0118]另一方面，从上述低级压缩机11分流流向上述辅助热交换器I 一侧的制冷剂在该辅助热交换器I中冷凝后流入上述流量调节阀2。此时的辅助热交换器I中的冷凝温度为20°C左右。流向上述流量调节阀2的制冷剂被该流量调节阀2减压后，与从上述高级膨胀阀14流出的制冷剂合流流向上述低级膨胀阀15。
[0119]流入上述低级膨胀阀15的制冷剂被减压后，在上述冷却用热交换器16中从上述冷水回路33中的水吸热而蒸发。此时的上述冷却用热交换器16的蒸发温度为0°C左右，上述冷水回路33中的水由于上述冷却用热交换器16中的制冷剂吸热而被冷却到7V。在上述冷却用热交换器16中蒸发的制冷剂被吸入上述低级压缩机11并被压缩后，被再次喷向上述辅助热交换器I和高级压缩机12。
[0120]这样一来，当加热负荷比冷却负荷小时，上述辅助热交换器I的制冷剂的流动方向就是从从压缩机一侧到膨胀阀一侧，上述辅助热交换器I起冷凝器的作用。因此上述制冷剂回路10能够一边保持热平衡一边进行制冷循环。
[0121]〈单独加热运转〉
[0122]图4所示的单独加热运转是在有上述加热负荷、无上述冷却负荷的情况下进行的运转。在该单独加热运转下，上述高级压缩机12启动，上述低级压缩机11停止。上述高级膨胀阀14处于完全打开状态，上述低级膨胀阀15处于完全关闭状态。
[0123]从上述高级压缩机12喷出的制冷剂在上述加热用热交换器13中向上述温水回路30中的水放热而冷凝。此时，上述温水回路30中的水由于上述加热用热交换器13中的制冷剂放热而被加热。在上述加热用热交换器13冷凝的制冷剂通过处于完全打开状态的高级膨胀阀14后流入上述流量调节阀2。
[0124]流入上述流量调节阀2的制冷剂被该流量调节阀2减压，成为低压制冷剂后，在上述辅助热交换器I中从室外空气吸热而蒸发。在上述辅助热交换器I中已蒸发的制冷剂被吸入上述高级压缩机12并被压缩后，再次喷向上述加热用热交换器13。这样一来，上述加热用热交换器13就成为冷凝器且上述辅助热交换器I成为蒸发器，加热负荷在上述加热用热交换器13中得到处理。
[0125]〈单独冷却运转〉
[0126]图5所示的单独冷却运转是在有上述冷却负荷、无上述加热负荷的情况下进行的运转。在该单独冷却运转下，上述高级压缩机12停止，上述低级压缩机11启动。而且，上述高级膨胀阀14处于完全关闭状态，上述低级膨胀阀15处于完全打开状态。
[0127]从上述低级压缩机11喷出的制冷剂在上述辅助热交换器I中向室外空气放热而冷凝后，被上述流量调节阀2减压而成为低压制冷剂。该低压制冷剂通过处于完全打开状态的低级膨胀阀15后在上述冷却用热交换器16中从上述冷水回路33中的水吸热而蒸发。此时，上述冷水回路33中的水由于上述冷却用热交换器16中的制冷剂吸热而被冷却。在上述冷却用热交换器16中蒸发的制冷剂被吸入上述低级压缩机11并被压缩后，再次喷向上述辅助热交换器I。这样一来，上述辅助热交换器I成为冷凝器且上述冷却用热交换器16成为蒸发器，冷却负荷在上述冷却用热交换器16中得到处理。
[0128]-实施方式的效果_
[0129]根据本实施方式，与将上述辅助热交换器I布置在高压制冷剂管道系统、低压制冷剂管道系统中的情况相比，将上述辅助热交换器I布置在上述制冷剂回路10的中压制冷剂管道系统中以后，能够降低用于将制冷剂供向上述辅助热交换器I的上述制冷剂回路10的压缩动力。这样一来就能够使上述热泵的效率不下降。不用进行控制就能够让所需量的制冷剂流向上述辅助热交换器I。这样一来，就能够使上述热泵的工作效率比现有技术高。
[0130]根据本实施方式，通过根据上述加热负荷调节上述高级压缩机12，根据上述冷却负荷调节上述低级压缩机11，在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下就能够让上述辅助热交换器I起蒸发器的作用；在上述冷却负荷大于上述加热负荷的情况下就能够让上述辅助热交换器I起冷凝器的作用。这样就能够根据加热负荷和冷却负荷的状况使上述辅助热交换器I成为蒸发器或者冷凝器，无需在上述制冷剂回路10中设置切换阀。
[0131]根据本实施方式，能够利用上述流量调节阀调节部43使流入上述辅助热交换器I的制冷剂完全蒸发，从而能够确保上述辅助热交换器I的热交换量。这样一来，在上述加热负荷大于上述冷却负荷的状态下也能够可靠地使上述制冷剂回路10的热平衡达到平衡。[0132]根据本实施方式，能够利用上述流量调节阀调节部43使流入上述辅助热交换器I的制冷剂可靠地冷凝，从而能够确保上述辅助热交换器I的热交换量。这样一来，在上述加热负荷小于上述冷却负荷的状态也能够可靠地使上述制冷剂回路10的热平衡达到平衡。
[0133]-实施方式的变形例1-
[0134]图6所示的实施方式的变形例I与上述实施方式的不同之处在于:在该变形例I中，设置有对上述制冷剂回路10中的制冷剂的流动路径进行切换的切换机构51、52以及操作该切换机构51、52的切换机构操作部(无图示)。以下仅对不同之处做说明，对与上述实施方式相同的部分不再做说明。
[0135]在变形例I的制冷剂回路10中，设置有连接上述支管3a和上述第四制冷剂管道9的辅助管道50。该辅助管道50上设置有第一开关阀51，在上述支管3a的靠近压缩机一侧的连接管道4附近设置有第二开关阀52。
[0136]这些开关阀51、52构成上述切换机构51、52。
[0137]此外，上述切换机构51、52的第一状态为第一开关阀51关闭且第二开关阀52打开的状态；上述切换机构51、52的第二状态为第一开关阀51打开且第二开关阀52关闭的状态。
[0138]该变形例I中的热泵构成为:不仅能够利用第一、第二开关阀51、52进行上述四种运转(加热过多运转、冷却过多运转、单独加热运转、单独冷却运转)，还能够利用第一、第二开关阀51、52进行第二加热过多运转。在本实施方式中，当上述切换机构51、52处于第一状态时能够进行上述四种运转；当上述切换机构51、52处于第二状态时则能够进行第二加热过多运转。此外，该第二加热过多运转是在上述热泵的加热负荷大于冷却负荷的情况下进行的运转。
[0139]这里，在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述辅助热交换器I和上述低温热交换器16都起蒸发器的作用的情况下，上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述冷却用热交换器16的蒸发压力的压力差越小，上述低级压缩机11的吸入压力和喷出压力就越接近，双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果就越小。而且，如果上述辅助热交换器I的蒸发压力比上述低温热交换器16的蒸发压力低，上述低级压缩机11的吸入制冷剂的压力和喷出制冷剂的压力就会倒过来，上述低级压缩机11就不再起作用了。实际上，上述低级压缩机11运转以降低吸入制冷剂的压力，但是因为在该情况下，上述吸入制冷剂的压力低于上述冷却用热交换器16的最佳蒸发压力，所以热泵的工作效率下降。
[0140]因此，当上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的蒸发压力在上述低温热交换器16的蒸发压力以下时，打开上述第一开关阀51，关闭第二开关阀52 (切换机构51、52的低级吸入状态)。这样一来，制冷剂就会从上述辅助热交换器I流向上述低级压缩机11的吸入侧。
[0141]此外，在上述切换机构操作部，从室外空气温度推测上述辅助热交换器I的蒸发压力，从上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度推测上述冷却用热交换器16的蒸发压力。因此，在上述室外空气温度与上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度的温度差小于规定值且上述室外空气温度在上述冷水出口温度以下时，在上述切换机构操作部切换为低级吸入状态。
[0142]这里，在能够获得双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果的压力差范围内设定该规定值。
[0143]关闭第一开关阀51、打开第二开关阀52的情况(切换机构51、52的高级吸入状态)下的制冷剂回路10，与上述实施方式的制冷剂回路10大致相同，故省略说明。
[0144]上述切换机构操作部就这样根据上述室外空气温度和上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度在低级吸入状态和高级吸入状态之间切换。这样一来，就能够根据需要将在上述辅助热交换器I中蒸发的制冷剂吸入上述低级压缩机11或者上述高级压缩机12内，从而能够让热泵总是高效率地运转。
[0145]-实施方式的变形例2-
[0146]图7所示实施方式的变形例2与上述实施方式的不同之处在于:在该变形例2中设置有经济器热交换器55。以下仅对不同之处做说明，对与上述实施方式相同的部分不再做说明。
[0147]在变形例2的制冷剂回路10中设置有使上述第二制冷剂管道6和上述压缩机一侧的连接管道4连通的经济器管道53。上述经济器热交换器55具有高温流路和低温流路，并且布置成:该高温流路与上述第二制冷剂管道6连通，上述低温流路与经济器管道53连通。而且，上述经济器热交换器55和上述经济器管道53的靠近上述第二制冷剂管道6 —侧的那一部分管道之间设置有减压阀54。
[0148]从上述加热用热交换器13流出的制冷剂有一部分分流，被减压阀54减压后流向经济器热交换器55的低温流路，剩余的制冷剂流向经济器热交换器55的高温流路。
[0149]在该经济器热交换器55中，上述高温流路中的制冷剂和上述低温流路中的制冷剂进行热交换，该高温流路的制冷剂被冷却。这样一来，与不设置上述经济器热交换器55的情况相比，能够增大从上述高温热交换器13流向上述高级膨胀阀14的制冷剂的过冷却度，从而能够提闻上述热栗的效率。
[0150]-实施方式的变形例3-
[0151]图8到图10所示的实施方式的变形例3与上述实施方式的不同之处在于:上述制冷剂回路10中的制冷剂能够将上述低级压缩机11或者上述高级压缩机12旁路。以下仅对不同之处做说明，对与上述实施方式相同的部分不再做说明。
[0152]在变形例3的制冷剂回路10中设置有将上述低级压缩机11旁路的低级旁路管道(低级旁路通路)18、将上述高级压缩机12旁路的高级旁路管道(高级旁路通路)19。而且，各条旁路管道18、19上分别设置有止回阀CV3、CV4。这些止回阀CV3、CV4被设置成:允许制冷剂从各压缩机11、12的吸入侧流向喷出侧，禁止制冷剂逆向流动。
[0153]上述控制器40中的压缩机调节部41与上述实施方式不同，能够一边对双级压缩动作、高级单独压缩运转、低级单独压缩运转进行切换，一边调节上述低级压缩机11和上述高级压缩机12的运转状态。此外，因为双级压缩动作与上述实施方式中的加热过多运转和冷却过多运转的动作相同，故省略说明。
[0154]〈高级单独压缩运转〉
[0155]这里，在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述辅助热交换器I和上述低温热交换器16都起蒸发器的作用的情况下，上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述冷却用热交换器16的蒸发压力的压力差越小，上述低级压缩机11的吸入压力和喷出压力越接近，双级压缩所带来的热泵工作效率的提高效果越小。而且，如果上述辅助热交换器I的蒸发压力低于上述冷却用热交换器16的蒸发压力，上述低级压缩机11中的吸入制冷剂的压力和喷出制冷剂的压力就会倒过来，上述低级压缩机11就不再起作用了。
[0156]实际上，上述低级压缩机11运转以降低吸入制冷剂的压力，但是因为在该情况下吸入制冷剂的压力低于上述冷却用热交换器16的最佳蒸发压力，所以热泵的工作效率下降。
[0157]因此，当上述辅助热交换器I的蒸发压力和上述低温热交换器16的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的蒸发压力在上述低温热交换器16的蒸发压力以下时，便由上述压缩机调节部41从双级压缩动作切换为高级单独压缩运转。在该高级单独压缩运转下，上述低级压缩机11停止，仅上述高级压缩机12启动。由于上述低级压缩机11停止，在上述冷却用热交换器16中蒸发的制冷剂在通过上述低级旁路管道18后，就会与在上述辅助热交换器I中已蒸发的制冷剂一起被吸入上述高级压缩机12。
[0158]此外，本实施方式的变形例3中，从室外空气温度推测上述辅助热交换器I的蒸发压力，从上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度推测上述冷却用热交换器16的蒸发压力。因此，在上述室外空气温度与上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度的温度差小于规定值或者上述室外空气温度在上述冷水出口温度以下时，由上述压缩机调节部41切换为高级单独压缩运转。这里，在能够获得双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果的压力差范围内设定该规定值。
[0159]在该高级单独压缩运转下必须让上述低级压缩机11停止，所以不能通过调节上述低级压缩机11的转速来控制上述冷却用热交换器16的冷水出口的温度。在该高级单独压缩运转下，通过调节上述低级膨胀阀15的开度来控制该冷水出口的温度。此外，对上述加热用热交换器13出口处的温水温度的控制方法与上述实施方式一样，是通过调节上述高级压缩机12的转速来进行的。
[0160]这样一来就能够让上述热泵根据需要以双级压缩或者单级压缩进行运转，从而能够让热泵总是高效率地运转。
[0161]〈低级单独压缩运转〉
[0162]在上述加热负荷小于上述冷却负荷，上述辅助热交换器I和上述加热用热交换器13都起冷凝器的作用的情况下，上述辅助热交换器I的冷凝压力和上述加热用热交换器13的冷凝压力的压力差越小，上述高级压缩机12的吸入压力和喷出压力越接近，双级压缩所带来的热泵工作效率的提高效果越小。而且，如果上述辅助热交换器I的冷凝压力高于上述加热用热交换器13的冷凝压力，上述高级压缩机12中的吸入制冷剂的压力和喷出制冷剂的压力就会倒过来，上述高级压缩机12就不再起作用了。
[0163]实际上，上述高级压缩机12运转以提高喷出制冷剂的压力，但是因为在该情况下喷出制冷剂的压力高于上述加热用热交换器13的最佳冷凝压力，所以热泵的工作效率下降。
[0164]因此，当上述辅助热交换器I的冷凝压力和上述加热用热交换器13的冷凝压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器I的冷凝压力在上述加热用热交换器13的冷凝压力以上时，便由上述压缩机调节部41从双级压缩动作切换为低级单独压缩运转。在该低级单独压缩运转下，上述高级压缩机12停止，仅上述低级压缩机11启动。由于上述高级压缩机12停止，从上述低级压缩机11喷出的制冷剂就会分流而流向上述辅助热交换器I和上述高级旁路管道19中。
[0165]此外，在本实施方式中，从温水出口温度推测上述加热用热交换器13的冷凝压力。因此，在上述室外空气温度与上述温水出口温度的温度差小于规定值时或者上述室外空气温度在上述温水出口温度以上时，由上述压缩机调节部41切换为低级单独压缩运转。这里，在能够获得双级压缩带来的热泵工作效率的提高效果的、从压力差换算得到的温度差范围内设定该规定值。
[0166]在该低级单独压缩运转下必须让上述高级压缩机12停止，所以不能通过调节上述高级压缩机12的转速来控制上述加热用热交换器13的温水出口的温度。在该低级单独压缩运转下，通过调节上述高级膨胀阀14的开度来控制该温水出口的温度。此外，上述冷却用热交换器16出口处的冷水温度的控制方法与上述实施方式一样，是通过调节上述低级压缩机11的转速来进行的。
[0167]这样一来就能够让上述热泵根据需要以双级压缩或者单级压缩进行运转，从而能够让热泵总是高效率地运转。
[0168]-实施方式的变形例4-
[0169]图12所示的实施方式的变形例4与上述实施方式的不同之处在于:能够切换为上述加热过多运转、冷却过多运转、单独加热运转、单独冷却运转、第二加热过多运转、高级单独压缩运转以及低级单独压缩运转所有的运转。以下仅对不同之处做说明，对与上述实施方式相同的部分不再做说明。
[0170]变形例4的制冷剂回路10的情况是这样的:将上述高级压缩机12旁路的高级旁路管道(高级旁路通路)19设置在变形例I的制冷剂回路10 (参照图6)中，而且在高级旁路管道19上设置有止回阀CV3，该止回阀CV3允许制冷剂从高级压缩机12的吸入侧流向喷出侧，禁止制冷剂逆向流动。
[0171]这里，在进行高级单独压缩运转的情况下，上述低级压缩机11停止，第一、第二开关阀51、52完全打开。这样一来，在上述冷却侧热交换器16蒸发的制冷剂通过辅助管道50后，会与在上述辅助热交换器I中蒸发的制冷剂合流，该合流制冷剂被吸入上述高级压缩机12。此外，高级单独压缩运转以外的运转与以上所述相同，故省略说明。
[0172]这样一来就能够根据需要切换上述热泵的运转，从而能够让热泵总是高效率地运转。
[0173](其它实施方式)
[0174]可以在上述实施方式中采用以下结构。
[0175]在本实施方式中，在上述流量调节阀调节部43根据上述负荷判断部42的判断信号对上述制冷剂回路10进行过热度控制或者过冷却度控制，但并不限于此。例如，在从上述压缩机一侧的连接管道4分出来的支管3a或者从上述膨胀阀一侧的连接管道7分出来的支管3b上设置检测制冷剂的流动方向的检测部，并根据来自该检测部的检测信号对上述制冷剂回路10进行过热度控制或者过冷却度控制，这样做也是可以的。
[0176]也就是说，在上述检测部检测出制冷剂从上述辅助热交换器I的膨胀阀一侧流向压缩机一侧的情况下，由上述流量调节阀调节部43进行过热度控制；在上述检测部检测出制冷剂从上述辅助热交换器I的压缩机一侧流向膨胀阀一侧的情况下，由上述流量调节阀调节部43进行过冷却度控制。这样一来上述流量调节阀调节部43进行的控制就非常可靠。[0177]在本实施方式中，是从上述室外空气温度推测上述辅助热交换器I的蒸发压力/冷凝压力；从上述冷水出口温度推测上述冷却用热交换器16的蒸发压力；从上述温水出口温度推测上述加热用热交换器13的冷凝压力的。但并不限于此，例如可以用压力传感器直接检测这些压力。
[0178]还可以用温度传感器检测通过这些热交换器1、13、16的制冷剂的温度，从该检测值推测压力。在该情况下，也能够收到和本发明一样的效果。
[0179]此外，上述实施方式是本质上优选的示例，但并没有意图对本发明、本发明的应用对象或它的用途范围加以限制。
[0180]-产业实用性-
[0181]综上所述，本发明对热泵，特别是包括能够同时处理冷热和温热的制冷剂回路的热泵有用。
[0182]-符号说明-
[0183]I辅助热交换器
[0184]2流量调节阀(流量调节机构)
[0185]10制冷剂回路
[0186]11低级压缩机(低级压缩机构)
[0187]12高级压缩机(高级压缩机构)
[0188]13加热用热交换器(高温热交换器)
[0189]14高级膨胀阀(高级膨胀机构)
[0190]15低级膨胀阀(低级膨胀机构)
[0191]16冷却用热交换器(低温热交换器)
[0192]17送风风扇
[0193]21高级膨胀阀温度传感器
[0194]22冷却热交温度传感器
[0195]23第一辅助热交温度传感器
[0196]24第二辅助热交温度传感器
[0197]25温水温度传感器
[0198]26冷水温度传感器
[0199]30温水回路
[0200]31温水泵
[0201]32温水箱
[0202]33冷水回路
[0203]34冷水泵
[0204]35冷水箱
[0205]40控制器
[0206]41压缩机调节部(压缩机构调节部)
[0207]42负荷判断部
[0208]43流量调节阀调节部(流量调节机构调节部)
[0209]44高级膨胀阀调节部(高级膨胀机构调节部)[0210]45低级膨胀阀调节部(低级膨胀机构调节部)
【权利要求】
1.一种热泵，其特征在于:包括制冷剂回路(10)和辅助热交换器(I)，利用制冷剂通路将低级压缩机构(11)、高级压缩机构(12)、高温热交换器(13)、高级膨胀机构(14)、低级膨胀机构(15)以及低温热交换器(16)依次连接起来而形成制冷剂回路(10)，制冷剂在上述高温热交换器(13)中向高温流体放热，制冷剂在上述低温热交换器(16)中从低温流体吸热而蒸发，由此能够在该制冷剂回路(10)中进行制冷循环， 上述辅助热交换器(I)连接在上述制冷剂回路(10)中，保证使上述低级压缩机构(11)和上述高级压缩机构(12)之间的制冷剂通路与上述低级膨胀机构(15)和上述高级膨胀机构(14)之间的制冷剂通路连通，让上述制冷剂回路(10)中的制冷剂和热源流体在上述辅助热交换器(I)中进行热交换。
2.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于: 该热泵包括压缩机构调节部(41)， 上述压缩机构调节部(41)根据上述高温热交换器(13)的加热负荷调节上述高级压缩机构(12)的工作容量，根据上述低温热交换器(16)的冷却负荷调节上述低级压缩机构(11)的工作容量。
3.根据据权利要求2所述的热泵，其特征在于: 该热泵包括能够在低级吸入状态和高级吸入状态之间切换的切换机构(51、52)， 上述低级吸入状态是，在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述辅助热交换器(I)和上述低温热交换器(16)都起蒸发器的作用的情况下，当上述辅助热交换器(I)的蒸发压力和上述低温热交换 器(16)的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器(I)的蒸发压力在上述低温热交换器(16)的蒸发压力以下时，将从上述辅助热交换器(I)流出的制冷剂引向上述低级压缩机构(11)的吸入侧， 上述高级吸入状态是，在上述加热负荷大于上述冷却负荷，上述辅助热交换器(I)和上述低温热交换器(16)都起蒸发器的作用的情况下，当上述压力差在规定值以上且上述辅助热交换器(I)的蒸发压力大于上述低温热交换器(16)的蒸发压力时，将从上述辅助热交换器(I)流出的制冷剂引向上述高级压缩机构(12)的吸入侧。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的热泵，其特征在于:该热泵包括经济器管道(53)、减压机构(54)以及经济器热交换器(55)， 上述经济器管道(53)从上述高温热交换器(13)和上述高级膨胀机构(14)之间的制冷剂管道分出来，与上述低级压缩机构(11)和上述高级压缩机构(12)之间的制冷剂管道相连接， 上述减压机构(54)将上述经济器管道(53)中的制冷剂减压， 上述经济器热交换器(55)让上述经济器管道(53)中的被上述减压机构(54)减压后的制冷剂与从上述高温热交换器(13)流向上述高级膨胀机构(14)的高压制冷剂进行热交换。
5.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于:该热泵包括低级旁路通路(18)和压缩机构调节部(41), 上述低级旁路通路(18)将上述低级压缩机构(11)旁路， 在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下，上述压缩机构调节部(41) 一边至少切换为高级单独压缩动作或者双级压缩动作，一边对上述低级压缩机构(11)和上述高级压缩机构(12)的运转状态进行调节， 在上述高级单独压缩动作下，当上述辅助热交换器(I)的蒸发压力和上述低温热交换器(16)的蒸发压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器(I)的蒸发压力在上述低温热交换器(16)的蒸发压力以下时，根据上述高温热交换器(13)的加热负荷调节上述高级压缩机构(12)的工作容量， 让上述低级压缩机构(11)停止运转， 在上述双级压缩动作下，当上述压力差在规定值以上且上述辅助热交换器(I)的蒸发压力高于上述低温热交换器(16)的蒸发压力时，根据上述高温热交换器(13)的加热负荷调节上述高级压缩机构(12)的工作容量，根据上述低温热交换器(16)的冷却负荷调节上述低级压缩机构(11)的工作容量。
6.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于:该热泵包括高级旁路通路(19)和压缩机构调节部(41), 上述高级旁路通路(19)将上述高级压缩机构(12)旁路， 在上述加热负荷小于上述冷却负荷的情况下，上述压缩机构调节部(41) 一边至少切换为低级单独压缩动作或者双级压缩动作，一边对上述低级压缩机构(11)和上述高级压缩机构(12)的运转状态进行调节， 在上述低级单独压缩动作下，当上述辅助热交换器(I)的冷凝压力和上述高温热交换器(13)的冷凝压力的压力差小于规定值时或者上述辅助热交换器(I)的冷凝压力在上述高温热交换器(13) 的冷凝压力以上时，让上述高级压缩机构(12)停止运转，根据上述低温热交换器(16)的冷却负荷调节上述低级压缩机构(11)的工作容量， 在上述双级压缩动作下，当上述压力差在规定值以上且上述辅助热交换器(I)的冷凝压力低于上述高温热交换器(13)的冷凝压力时，根据上述高温热交换器(13)的加热负荷调节上述高级压缩机构(12)的工作容量，根据上述低温热交换器(16)的冷却负荷调节上述低级压缩机构(11)的工作容量。
7.根据权利要求2到6中任一项权利要求所述的热泵，其特征在于:该热泵包括流量调节机构(2)和流量调节机构调节部(43)， 上述流量调节机构(2)对流经上述辅助热交换器(I)的制冷剂的流量进行调节， 在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下，上述流量调节机构调节部(43)对上述流量调节机构(2)进行调节，以使从上述辅助热交换器(I)流出的制冷剂的过热度达到规定值。
8.根据权利要求2到6中任一项权利要求所述的热泵，其特征在于:该热泵包括流量调节机构(2)和流量调节机构调节部(43)， 上述流量调节机构(2)对流经上述辅助热交换器(I)的制冷剂的流量进行调节， 在上述加热负荷小于上述冷却负荷的情况下，上述流量调节机构调节部(43)对上述流量调节机构(2)进行调节，以使从上述辅助热交换器(I)流出的制冷剂的过冷却度达到规定值。
9.根据权利要求2到4中任一项权利要求所述的热泵，其特征在于:该热泵包括高级膨胀机构调节部(44)， 在上述加热负荷大于上述冷却负荷的情况下，上述高级膨胀机构调节部(44)将上述高级膨胀机构(14)设定为全开。
10.根据权利要求2到4中任一项权利要求所述的热泵，其特征在于:该热泵包括高级膨胀机构调节部(44)， 在上述加热负荷小于上述冷却负荷的情况下，上述高级膨胀机构调节部(44)对上述高级膨胀机构(14)进行调节，以使上述高级膨胀机构(14)出口处的制冷剂温度达到上述辅助热交换器(I)出口处的制冷剂温度和上述低温热交换器(16)出口处的制冷剂温度之间的温度。
【文档编号】F25B29/00GK103842743SQ201280045771
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】冈本昌和 申请人:大金工业株式会社