专利名称：冷冻循环装置以及水暖装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使制冷剂过冷却的冷冻循环装置以及使用了该冷冻循环装置的水暖直O背景技术
以往，已知的冷冻循环装置在制冷剂回路的冷凝器的下游侧设有过冷却热交换 器，通过使膨胀的制冷剂流入该过冷却热交换器，对流出冷凝器的制冷剂进行过冷却。例 如，在专利文献1中，披露了如图6所示的冷冻循环装置100。
该冷冻循环装置100设有使制冷剂循环的制冷剂回路110、旁通流路120。制冷剂 回路110的结构为通过配管、以环状连接压缩机111、冷凝器112、过冷却热交换器113、主 膨胀阀114以及蒸发器115。旁通流路120在冷凝器112与过冷却热交换器113之间，从 制冷剂回路110分支，并经过冷却热交换器113在蒸发器115与压缩机111之间与制冷剂 回路110连接。另外，在旁通流路120上，在过冷却热交换器113的上游侧设有旁通膨胀阀 121。
在专利文献1中，记载了为了实现冷冻能力的提高，控制旁通膨胀阀121以使流过 旁通流路120的旁通制冷剂流量与流过冷凝器112的全部制冷剂流量之比(旁通比)达到以上且25%以下的范围。
专利文献1 日本特许第4036观8号公报发明内容
但是，在所述冷冻循环装置中实现高效运转时，在过冷却热交换器中，最好不使流 经旁通流路的制冷剂过热，并且，最好将流经制冷剂回路的制冷剂过冷却至规定状态。在实 现这种情况时，必须适当地构成过冷却热交换器。就这一点，在专利文献1中，没有特别记 载过冷却热交换器的结构。
本发明是针对这种情况作出的，其目的在于提供设有以适当方式构成的过冷却热 交换器可以高效运转的冷冻循环装置以及使用了该冷冻循环装置的水暖装置。
本发明的发明人根据专心研究的结果发现若在旁通流路中将从过冷却热交换器 流出的制冷剂的干度保持在0. 8以上但不足1. 0，则能够获得高COP (性能系数)。但是，在 以处于该范围内的方式控制干度的情况下，由于过冷却热交换器的容量，在外界气体温度 较低并且冷凝器要求的加热能力增大时，存在流经制冷剂回路的制冷剂的过冷却不充分或 者过剩。本发明是由这种观点出发作出的。
即，本发明提供了冷冻循环装置，其设有以环状连接压缩机、冷凝器、过冷却热交 换器、主膨胀装置以及蒸发器的制冷剂回路；旁通流路，其在所述过冷却热交换器与所述主 膨胀装置之间或者在所述冷凝器与所述过冷却热交换器之间，从所述制冷剂回路分支，并 经所述过冷却热交换器，在所述蒸发器与所述压缩机之间与所述制冷剂回路相连；设置在 所述旁通流路中位于所述过冷却热交换器上游侧的旁通膨胀装置，所述过冷却热交换器当在所述旁通流路中调整所述旁通膨胀装置的开度以使从该过冷却热交换器流出的制冷剂 的干度达到0. 8以上但不足1. 0时，所述过冷却热交换器中由所述旁通膨胀装置减压的制 冷剂与从所述冷凝器流出的制冷剂之间的热交换量相对于所述冷凝器中流入该冷凝器的 制冷剂与被加热流体之间的热交换量的比率为0. 2以上但0. 8以下。
本发明还提供了水暖装置，其为利用由加热装置生成的热水进行供暖的装置，作 为所述加热装置该装置设有冷冻循环装置。
如上所述，由于过冷却热交换器采用了适当的结构，因此，在旁通流路中将从过冷 却热交换器流出的制冷剂的干度保持在0. 8以上但不足1. 0时，即使外界气体温度较低并 且冷凝器要求的加热能力增大，仍能以适合的状态对流经制冷剂回路的制冷剂进行过冷 却。因此，根据本发明，能够实现高效运转。
图1显示了涉及本发明一个实施例的冷冻循环装置的概括结构图。
图2为在蒸发器入口的制冷剂的干度与热交换比率的关系图，(a)显示了将R407C 用作制冷剂的情况，(b)显示了将R410A用作制冷剂的情况。
图3为将R407C用作制冷剂时的冷冻循环装置的莫利尔线图(a)显示了在蒸发器 的入口处的制冷剂的干度为0. 55时的情况，(b)显示了在蒸发器的入口处的制冷剂的干度 为0时的情况。
图4为将R410A用作制冷剂时的冷冻循环装置的莫利尔线图，(a)显示了在蒸发 器的入口处的制冷剂的干度为0. 45时的情况，(b)显示了在蒸发器的入口处的制冷剂的干 度为0时的情况。
图5为外界气体温度与热交换比率的在冷凝器中制冷剂的每种冷凝温度下的关 系图。
图6显示了以往的冷冻循环装置的概况结构图。
符号说明
1冷冻循环装置
2制冷剂回路
21压缩机
22冷凝器
23过冷却热交换器
24主膨胀阀(主膨胀装置)
25蒸发器
3旁通流路
31旁通膨胀阀(旁通膨胀装置)
4控制装置
61入口温度传感器
62出口温度传感器具体实施方式
图1显示了本发明一个实施例的冷冻循环装置1。该冷冻循环装置1设有使制冷 剂循环的制冷剂回路2、旁通流路3和控制装置4。作为制冷剂，例如，可以采用R407C等非 共沸混合制冷剂、R410A等准共沸混合制冷剂或者单一制冷剂等。
通过配管、以环状连接压缩机21、冷凝器22、过冷却热交换器23、主膨胀阀M以及 蒸发器25，从而构成制冷剂回路2。在本实施例中，在蒸发器25与压缩机21之间，设有进 行气液分离的副储蓄器26以及主储蓄器27。另外，在制冷剂回路2中设有用于转换常规运 转和除霜运转的四通阀观。
在本实施例中，冷冻循环装置1构成将加热装置生成的温水用于供暖的水暖装置 的加热装置，冷凝器22形成在制冷剂与水之间进行热交换并对水加热的热交换器。具体来 说，使供给管71和回收管72与冷凝器22相连，通过供给管71将水供给至冷凝器22，以便 通过回收管72回收由冷凝器22加热的水(热水)。例如，直接或通过贮热水池等，将由回 收管72回收的水(热水)送入散热器等供暖装置中，由此进行供暖。
旁通流路3在过冷却热交换器23与主膨胀阀M之间、从制冷剂回路2分支，并经 过过冷却热交换器23、在蒸发器25与压缩机21之间与制冷剂回路2相连。在本实施例中， 在副储蓄器26与主储蓄器27之间，旁通流路3与制冷剂回路2相连。另外，在旁通流路3 上，在过冷却热交换器23的上游侧设置旁通膨胀阀31。
在常规运转中，通过四通阀洲，将从压缩机21排出的制冷剂送入冷凝器22 ；在除 霜运转中，通过四通阀观，将从压缩机21排出的制冷剂送入蒸发器25。在图1中，以箭头 显示了常规运转时制冷剂的流动方向。下面，对常规运转中的制冷剂的状态变化进行说明。
从压缩机21排出的高压制冷剂流入冷凝器22，并对通过冷凝器22的水放热。从 冷凝器22流出的高压制冷剂流入过冷却热交换器23，并通过由旁通膨胀阀31减压的低压 制冷剂对其进行过冷却。从过冷却热交换器23流出的高压制冷剂向主膨胀阀M侧和旁通 膨胀阀31侧分流。
向主膨胀阀M侧分流的高压制冷剂在由主膨胀阀M减压膨胀后，流入蒸发器25。 流入蒸发器25的低压制冷剂在此处，从空气中吸收热量。另一方面，向膨胀阀31侧分流的 高压制冷剂在由旁通膨胀阀31减压膨胀后，流入过冷却热交换器23。流入过冷却热交换器 23的低压制冷剂由从冷凝器23流出的高压制冷剂加热。之后，从过冷却热交换器23流出 的低压制冷剂与从蒸发器25流出的低压制冷剂汇合，并再次被吸入压缩机21。
本实施例的冷冻循环装置1的结构用于防止在低外界气体温度时被吸入压缩机 21的制冷剂压力降低且制冷剂循环量减少，由此导致冷凝器22的加热能力降低。在实现该 结构中，重要的是通过过冷却增大蒸发器25的焓差，同时，通过旁通流路3使制冷剂旁通， 从而抑制流经制冷剂回路2的低压侧部分的吸热效果较小的气相制冷剂的量，由此降低制 冷剂回路2的低压侧部分的压力损失。若降低在降低制冷剂回路2的低压侧部分的压力损 失，由于被吸入压缩机21的制冷剂压力上升以致比体积减小，因此，制冷剂循环量增加。另 外，若增大蒸发器25的焓差，即使通过蒸发器25的制冷剂的质量流量因旁通而降低，仍能 够确保蒸发器25的吸热量。即，若调整制冷剂过冷却度以及旁通量，则能够同时获得冷凝 器22的加热能力提高的效果以及冷冻循环装置1的COP提高效果。
在本实施例中，过冷却热交换器23的设计方式为当在旁通流路3中调整主膨胀阀24以及旁通膨胀阀31的开度以使从过冷却热交换器23流出的制冷剂的干度达到0. 8以 上但不足1. 0时，具有过冷却热交换器23中由旁通膨胀阀31减压的制冷剂与从冷凝器23 流出的制冷剂之间的热交换量Qsc与在冷凝器22中流入冷凝器22的制冷剂与水之间的热 交换量Qc的比率(即热交换比率)达到0. 2以上但0. 8以下的导热面积。
根据本结构，由于适当地设定了过冷却热交换器23的导热面积，因此，当在旁通 流路3中确保从过冷却热交换器23流出的制冷剂的干度达到0. 8以上但不足1. 0时，即使 外界气体温度较低且冷凝器22要求的加热能力增大，仍能以适当的状态对流经制冷剂回 路2的制冷剂进行过冷却。
例如，在采用R407C作为制冷剂的情况下，若在外界气体温度AT = _25°C、冷凝器 22的制冷剂的冷凝温度Tc = 70°C的条件下，如图2(a)所示，热交换比率Qsc/Qc在0. 2以 上但0.8以下的范围内，则流入蒸发器25的制冷剂的干度Xei在0以上但0. 55以下的范围 内，进而，如图3(a) (b)所示，若流入蒸发器25的制冷剂的干度Xei在0以上但0. 55以下 的范围内，则从过冷却热交换器23流出的制冷剂达到过冷却状态。同样，即使在采用R410A 作为制冷剂的情况下，若在外部气体温度AT = -25°C、冷凝器22的制冷剂的冷凝温度Tc = 60°C的条件下，如图2(b)以及图4(a) (b)所示，热交换比率Qsc/Qc在0.2以上但0.8以下 的范围内，则从过冷却热交换器23流出的制冷剂达到过冷却状态。因此，在本实施例中，规 定了过冷却热交换器23的导热面积，以使热交换比率Qsc/Qc在0.2以上但0.8以下的范 围内。另外，在图3以及图4中，Pc指通过冷凝器22的制冷剂压力，I^s指通过制动器25的 制冷剂的压力。
在更优选的实施例中，过冷却热交换器^在旁通流璐3中将从过冷却热交换器^ 流出的制冷剂的干度保持在0.8以上但不足1.0时，具有热交换比率Qsc/Qc在0.2以上但 0. 7以下的导热面积。这样，能够将利用R410A用作制冷剂时的干度保持在0以上但0. 45 以下，从过冷却热交换器幻流出的制冷剂达到过冷却状态(参见图2(b)以及图4(a) (b))。
下面，说明控制装置4进行的控制。
如图1所示，在旁通流路3上设有检测流入过冷却热交换器23的制冷剂的温度 (流入温度)Tbi的入口温度传感器61、检测从过冷却热交换器23流出的制冷剂的温度(流 出温度)Tbo的出口温度传感器62。控制装置4根据由各种传感器61，62检测的检测值，控 制压缩机21的转速、四通阀观的转换以及主膨胀阀M和旁通膨胀阀31的开度。
在本实施例中，控制装置4在常规运转时，在旁通流路3中控制主膨胀阀M和旁 通膨胀阀31以使从过冷却热交换器23流出的制冷剂的干度在0.8以上但不足1.0。此时， 由于适当地设定了过冷却热交换器23的导热面积，因此，热交换比率Qsc/Qc达到在0. 2以 上但0.8以下。
另外，不局限于过冷却热交换器23的导热面积，例如，在冷凝器22中设置压力传 感器或温度传感器以求出冷凝器22的冷凝温度，在冷凝器22的出口设置温度传感器，将其 温差即在冷凝器22出口侧的过冷却度保持在1 涨左右，同时，若控制主膨胀阀M和旁 通膨胀阀31以使从过冷却热交换器23流出的制冷剂的干度在0. 8以上但不足1. 0，则控制 热交换比率Qsc/Qc达到0. 2以上但0. 8以下。
另外，由于通过在旁通流路3中，控制主膨胀阀M和旁通膨胀阀31以使从过冷 却热交换器23流出的制冷剂的干度在0. 8以上但不足1. 0，从而能够最大限度地确保过冷热交换器23的过冷却效果，因此，能够扩大在蒸发器25的入口 出口之间的制冷剂焓差。 同时，由于能够增大在蒸发器25入口的制冷剂的湿度，因此，可以抑制蒸发器25中的无意 义的压力损失增大，即，可以实现压缩机21的吸入压力上升，实现制冷剂流量的增大、冷凝 (加热)能力的增大。
具体来说，控制装置4控制主膨胀阀M和旁通膨胀阀31以使流入温度Tbi与流 出温度Tbo大致相等。
另外，代替入口温度传感器61，可以在旁通流路3中的过冷却热交换器23出口或 者在蒸发器25与压缩机21之间设置压力传感器，根据由该压力传感器检测的压力，在旁通 流路3中控制主膨胀阀M以及旁通膨胀阀31，以使从过冷却热交换器23流出的制冷剂的 干度在0.8以上但不足1.0。
具体来说，可以根据由压力传感器检测的压力求出饱和温度，并控制流出温度Tbo 以达到饱和温度。
一般情况下，由于外界气体温度AT越低，蒸发器25中的蒸发压力就越低，因此，在 过冷却热交换器23中的过冷却度达到相同的情况下，流入蒸发器25中的制冷剂的干度变 大，即，由于不利于蒸发的制冷剂气体成分增多，因此，蒸发器的吸热能力降低。在这种情况 下，优选通过控制装置4控制主膨胀阀M和旁通膨胀阀31，以便如图5所示，外界气体温度 AT越低，热交换比率Qsc/Qc越大。
这样，通过增大过冷却热交换器23出口的过冷却度，降低流入蒸发器25的制冷剂 的焓，从而与热交换比率Qsc/Qc较小的情况相比，能够扩大蒸发器25中制冷剂的焓变化 量，即增大吸热能力。结果，在外界气体温度AT较低时，能够补充伴随流入蒸发器25的制 冷剂的焓上升，蒸发器25中制冷剂的吸热量的减少量。另外，可以例如由外界气温传感器 检测外界气体温度AT。
另外，制冷剂的冷凝温度Tc越高，必须在蒸发器25入口的制冷剂的焓相同的情况 下，增大过冷却热交换器23出口的过冷却度，因此，相对于冷凝器22中的热交换量，必须增 大过冷却热交换器23的热交换量。在这种情况下，优选控制主膨胀阀M和旁通膨胀阀31， 以便如图5所示，冷凝器22的制冷剂的冷凝温度Tc越高，热交换比率Qsc/Qc越大。
这样，能够相对于冷凝器22中的热交换量，增大过冷却热交换器23的热交换量， 并降低蒸发器25入口的制冷剂的焓，从而与热交换比率Qsc/Qc较小时相比，能够扩大蒸发 器25中制冷剂的焓变化量，即增大吸热能力。结果，能够补充因冷凝温度Tc上升引起的伴 随流入蒸发器25的制冷剂的焓上升，蒸发器25中制冷剂的吸热量的减少量。
另外，冷凝温度Tc可以采用流出温度Tbo。
旁通流路3不必在过冷却热交换器23与主膨胀阀M之间，从制冷剂回路2分支， 可以在冷凝器22与过冷却热交换器23之间，从制冷剂回路2分支。
另外，本发明的主膨胀装置以及旁通膨胀装置不必为膨胀阀，可以采用由膨胀的 制冷剂回收动力的膨胀机。在这种情况下，例如，通过与膨胀机相连的发电机，使负荷变化， 由此控制膨胀机的转速。
另外，由冷凝器22加热的被加热流体不必为水，也可以是空气。S卩，本发明也可适 用于空调装置。
工业适应性
本发明特别适用于通过冷冻循环装置加热水并在供暖中利用所加热的水的水暖直ο
权利要求
1.冷冻循环装置，其特征在于设有以环状连接压缩机、冷凝器、过冷却热交换器、主膨胀装置以及蒸发器的制冷剂回路，旁通流路，其在所述过冷却热交换器与所述主膨胀装置之间或者在所述冷凝器与所述 过冷却热交换器之间，从所述制冷剂回路分支，并经所述过冷却热交换器，在所述蒸发器与 所述压缩机之间与所述制冷剂回路相连；和设置在所述旁通流路中位于所述过冷却热交换器上游侧的旁通膨胀装置，所述过冷却热交换器当在所述旁通流路中调整所述旁通膨胀装置的开度以使从该过 冷却热交换器流出的制冷剂的干度达到0. 8以上但不足1. 0时，所述过冷却热交换器中由 所述旁通膨胀装置减压的制冷剂与从所述冷凝器流出的制冷剂之间的热交换量相对于所 述冷凝器中流入该冷凝器的制冷剂与被加热流体之间的热交换量的比率，即热交换比率为 0. 2以上但0. 8以下。
2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其还设有控制装置，该控制装置在所述旁通 流路中控制所述旁通膨胀装置，以使从所述过冷却热交换器流出的制冷剂的干度达到0. 8 以上但不足1.0。
3.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其还设有入口温度传感器，其在所述旁通流路中检测流入所述过冷却热交换器的制冷剂的温 度；和出口温度传感器，其在所述旁通流路中检测从所述过冷却热交换器流出的制冷剂的温度，所述控制装置控制所述旁通膨胀装置，以使由所述出口温度传感器检测的温度大致等 于由所述入口温度传感器检测的温度。
4.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其还设有出口温度传感器，其在所述旁通流路中检测从所述过冷却热交换器流出的制冷剂的温 度；和压力传感器，其检测吸入所述压缩机的制冷剂的压力，所述控制装置控制所述旁通控制装置，以使由所述出口温度传感器检测的温度达到根 据所述压力传感器检测的压力求出的饱和温度。
5.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其中所述控制装置控制所述旁通膨胀装置， 以便外界气体温度越低，所述热交换比率越大。
6.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其中所述控制装置控制所述旁通膨胀装置， 以便所述冷凝器中的制冷剂的冷凝温度越高，所述热交换比率越大。
7.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其中所述冷凝器为使制冷剂与被加热流体 之间进行热交换并加热被加热流体的热交换器。
8.水暖装置，其为利用由加热装置生成的热水进行供暖的装置，该装置设有权利要求 7记载的冷冻循环装置作为所述加热装置。
全文摘要
提供在低外界气体温度时进行供暖运行时的高供暖负荷运转中，可以实现高效运转的冷冻循环装置以及使用了该冷冻循环装置的水暖装置。冷冻循环装置(1)设有设置了冷凝器(22)以及过冷却热交换器(23)的制冷剂回路(2)，经过过冷却热交换器(23)的旁通流路(3)。另外，在旁通流路(3)中调整从过冷却热交换器(23)流出的制冷剂的干度。即使在调整所述干度的运转时，通过适当地构成过冷却热交换器(23)，仍能使旁通流路(3)中由旁通膨胀装置(31)减压的制冷剂与通过制冷剂回路(2)的制冷剂之间的热交换量相对于冷凝器(22)中流入冷凝器(22)的制冷剂与被加热流体之间的热交换量的比率在规定的范围内。结果，能够确保过冷却热交换器(23)的过冷却效果。
文档编号F25B1/00GK102032699SQ20101053941
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年10月5日
发明者冈座典穗, 森胁俊二, 谏山安彦, 青山繁男 申请人:松下电器产业株式会社