复合二元制冷循环装置制造方法

复合二元制冷循环装置制造方法
【专利摘要】将两个高温侧制冷回路(R1a、R1b)和两个低温侧制冷回路(R2a、R2b)装载于同一框体(K)，并且包括温水配管，其中，两个所述高温侧制冷回路具有将从高温侧压缩机(5、11)排出的制冷剂和水进行热交换的水及制冷剂热交换器(2A、2B)，两个所述低温侧制冷回路分别具有由空气热交换器(21、28)构成的蒸发器，能够利用级联热交换器(9、15)使各高温侧制冷回路(R1a、R1b)与两个低温侧制冷回路(R2a、R2b)分别进行热交换，所述温水配管能使水或温水在高温侧制冷回路(R1a、R1b)的水及制冷剂热交换器(2A、2B)中流通。另外，在两个低温侧制冷回路(R2a、R2b)中，当低温侧制冷回路(R2a)进行由空气热交换器构成的蒸发器的除霜运转时，低温侧制冷回路(R2b)被控制成在级联热交换器(15)中进行放热，从而不仅能实现结构的简化，而且能在尽量不使在温水配管(H)中流动的水或温水的温度下降的情况下进行除霜。
【专利说明】复合二元制冷循环装置
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及一种将两个高温侧制冷回路和两个低温侧制冷回路装载于同一框体的复合二元制冷循环装置。
【背景技术】
[0002]二元制冷循环装置在框体上连接有高温侧制冷回路、低温侧制冷回路及温水配管，其中，上述高温侧制冷回路利用制冷剂管将高温侧压缩机、四通切换阀、水及制冷剂热交换器的制冷剂侧流路、高温侧膨胀装置、级联热交换器的高温制冷剂流路连通，上述低温侦_冷回路利用制冷剂管将低温侧压缩机、四通切换阀、级联热交换器的低温制冷剂流路、低温侧膨胀装置、空气热交换器连通，上述温水配管在水及制冷剂热交换器的水侧流路上设置有泵。
[0003]从低温侧制冷回路的低温侧压缩机排出的制冷剂导入级联热交换器的低温制冷剂流路，从而产生冷凝热。在高温侧制冷回路中的级联热交换器的高温制冷剂流路中吸收上述冷凝热，并在水及制冷剂热交换器的制冷剂侧流路中放热，从而对与上述水及制冷剂热交换器的水侧流路连接的温水配管内的水或温水进行加温。
[0004]在日本专利公开公报特开2007—198693号中，记载有二元制冷循环装置。

【发明内容】

[0005]最近，为了实现更高效的加温，希望提供一种将两个二元制冷循环装置相对于温水配管串联或是并联连接的复合二元制冷循环装置。
[0006]在这种复合二元制冷循环装置中，在低温侧制冷回路中使用空气热交换器作为蒸发器，导入其中的制冷剂与外部空气进行热交换并蒸发。因此，在外部气温变为极低温时，外部空气中所含的水分会冻结而成为霜，并且这样附着在空气热交换器上。
[0007]当然，也就需要除霜。作为除霜方式，可以想到切换高温侧制冷剂回路及低温侧制冷回路的各自的四通切换阀来进行的逆循环除霜、及使低温侧制冷回路的压缩机的排出制冷剂绕过级联热交换器而导入蒸发器的热气除霜。
[0008]但是，在前者的情况下，由于使用利用侧的温水作为热源，因此，具有能在短时间内完成除霜的优点，但是存在会使温水出口温度比入口温度低这样的不良情况。在后者的情况下，虽然不会产生上述不良情况，但是由于缺乏除霜所需要的热源，因此，导致除霜时间增加，其结果是，存在使无法对温水进行加温的时间增加这样的不良情况。
[0009]从上述情况来看，希望得到如下复合二元制冷循环装置，即便包括两个二元制冷循环，也能够实现结构简化，并且，能在尽可能不降低在温水配管中流动的水或温水的温度，而且还能够在短时间内进行除霜。
[0010]在本实施方式中，将两个高温侧制冷回路和两个低温侧制冷回路装载于同一框体，并且包括温水配管，其中，两个上述高温侧制冷回路分别具有将从高温侧压缩机排出的制冷剂与水进行热交换的水及制冷剂热交换器，两个上述低温侧制冷回路分别具有由空气热交换器构成的蒸发器，构成为能够利用级联热交换器使各高温侧制冷回路与两个低温侧制冷回路中的各低温侧制冷回路分别进行热交换，上述温水配管能使水或温水在高温侧制冷回路的水及制冷剂热交换器的水侧流路中流通。
[0011]另外，在两个低温侧制冷回路中，当一方的低温侧制冷回路进行由空气热交换器构成的蒸发器的除霜运转时，另一方的低温侧制冷回路被控制成在级联热交换器中进行放热。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是第一实施方式的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。
[0013]高温侧膨胀装置8、第一级联热交换器9的高温制冷剂流路10、上述高温侧压缩机5的吸入部连接。
[0014]第二高温侧制冷回路Rlb经由制冷剂管P从高温侧压缩机11的排出部依次与上述第二水热交换器2B中的制冷剂侧流路12、高温侧接收器13、高温侧膨胀装置14、第二级联热交换器15的高温制冷剂流路16、上述高温侧压缩机11的吸入部连接。
[0015]在第一低温侧制冷回路R2a中，低温侧压缩机18的排出部经由制冷剂管P而与四通切换阀19的第一端口连接。四通切换阀19的第二端口经由制冷剂管P而与第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20连接，第三端口经由制冷剂管P而与作为第一蒸发器的第一空气热交换器21连接。
[0016]四通切换阀19的第四端口经由制冷剂管P而与储罐22和低温侧压缩机18的吸入部串联连接。
[0017]另一方面，第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20经由串联设有低温侧接收器23和低温侧膨胀装置24的制冷剂管P，而与上述空气热交换器21连接。与上述空气热交换器21相对地配置有送风风扇F。
[0018]在第二低温侧制冷回路R2b中，低温侧压缩机25的排出部经由制冷剂管P而与四通切换阀26的第一端口连接。四通切换阀26的第二端口经由制冷剂管P而与第二级联热交换器15中的第二低温制冷剂流路27连接，第三端口经由制冷剂管P而与作为第二蒸发器的第二空气热交换器28连接。
[0019]四通切换阀26的第四端口经由制冷剂管P而与储罐29和低温侧压缩机25的吸入部串联连接。
[0020]另一方面，上述第二级联热交换器15中的第二低温制冷剂流路27经由串联设有低温侧接收器30和低温侧膨胀装置31的制冷剂管P，而与上述空气热交换器28连接。与上述空气热交换器28相对地配置有送风风扇F。
[0021]由于包括第一级联热交换器9和第二级联热交换器15，因此，在第一低温侧制冷回路R2a中，分别从将四通切换阀19与第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20连通的制冷剂管P及将上述第一低温制冷剂流路
[0022]图2是第二实施方式的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。
[0023]图3是第三实施方式的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。
[0024]图4是第四实施方式的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。
[0025]图5是各实施方式所使用的级联热交换器的示意结构图。[0026]图6是第三实施方式及第四实施方式所使用的水及制冷剂热交换器的示意结构图。
[0027]图7是表示各实施方式所使用的、制冷剂的冷凝温度及蒸发温度与级联温度的关系的图。
[0028]图8是表示各实施方式所使用的、高温侧制冷剂和低温侧制冷剂与制冷机油间的相溶性的图。
【具体实施方式】
[0029]以下，参照附图，对本实施方式进行说明。
[0030]图1是第一实施方式的、例如用作热水供给系统的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。
[0031]复合二元制冷循环装置由装载于同一框体K内的、供作为热介质的水或温水流通的温水配管H、第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rib、第一低温侧制冷回路R2a、第二低温侧制冷回路R2b及未图示的控制部构成。
[0032]温水配管H的一端部与供水源、热水储存罐或回水侧(返回侧)缓冲罐的吸入部连接，另一端侧与热水储存罐、热水供给栓或送水侧(利用侧)缓冲罐等产品的热水排出侧连接。
[0033]在框体K内，在温水配管H上连接有泵1，并且，在其下游侧隔着规定间隔地连接有第一高温侧制冷回路Rla中的第一水及制冷剂热交换器2A的水侧流路3a和第二高温侧制冷回路Rlb中的第二水及制冷剂热交换器2B的水侧流路3b。
[0034]上述第一高温侧制冷回路Rla经由制冷剂管P从高温侧压缩机5的排出部依次与上述第一水热交换器2A中的制冷剂侧流路6、高温侧接收器7、20与低温侧接收器23连通的制冷剂管P分岔出的分岔制冷剂管Pa，与第二级联热交换器15中的第一低温制冷剂流路33连接。
[0035]另外，分别从将第二低温侧制冷回路R2b中的四通切换阀26与第二级联热交换器15中的第二低温制冷剂流路27连通的制冷剂管P及将上述第二低温制冷剂流路27与低温侧接收器30连通的制冷剂管P分岔出的分岔制冷剂管Pb，与第一级联热交换器9中的第二低温制冷剂流路34连接。
[0036]在这样构成的二元制冷循环装置中，接受到制冷循环运转(加热运转模式)开始的指示的控制部如后述那样进行控制，并引导制冷剂在第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rib、第一低温侧制冷回路R2a及第二低温侧制冷回路R2b中循环。
[0037]即，在上述第一高温侧制冷回路Rla中，制冷剂被弓I导而按照高温侧压缩机5—第一水及制冷剂热交换器2A中的制冷剂侧流路6—高温侧接收器7—高温侧膨胀装置8—第一级联热交换器9中的高温制冷剂流路10—高温侧压缩机5—的顺序循环。
[0038]第一水及制冷剂热交换器2A中的制冷剂侧流路6起到冷凝器的作用，第一级联热交换器9中的高温制冷剂流路10起到蒸发器的作用。
[0039]在第一低温侧制冷回路R2a中，从低温侧压缩机18排出的制冷剂被弓I导而按照一四通切换阀19一第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20—低温侧接收器23—低温侧膨胀装置24—第一空气热交换器21—四通切换阀19 一储罐22—低温侧压缩机18—的顺序循环。
[0040]另外，在第二高温侧制冷回路Rlb中，制冷剂被引导按照高温侧压缩机11 一第二水及制冷剂热交换器2B中的制冷剂侧流路12—高温侧接收器13—高温侧膨胀装置14一第二级联热交换器15中的高温制冷剂流路16—高温侧压缩机11 一的顺序循环。
[0041]第二水及制冷剂热交换器2B中的制冷剂侧流路12起到冷凝器的作用，第二级联热交换器15中的高温制冷剂流路16起到蒸发器的作用。
[0042]在第二低温侧制冷回路R2b中，从低温侧压缩机25排出的制冷剂被弓I导按照一四通切换阀26—第二级联热交换器15中的第二低温制冷剂流路27—低温侧接收器30—低温侧膨胀装置31—第二空气热交换器28—四通切换阀26—储罐29—低温侧压缩机25—的顺序循环。
[0043]另外，在第一低温侧制冷回路R2a中，将制冷剂引导到在前端从四通切换阀19分岔出的分岔制冷剂管Pa中，在第二低温侧制冷回路R2b的、第二级联热交换器15中的第一低温制冷剂流路33循环。
[0044]另外，在第二低温侧制冷回路R2b中，将制冷剂引导到在前端从四通切换阀26分岔出的分岔制冷剂管Pb中，在第一低温侧制冷回路R2a的、第一级联热交换器9中的第二低温制冷剂流路34循环。
[0045]在第一级联热交换器9中，第一低温制冷剂流路20和第二低温制冷剂流路34起到冷凝器的作用，如上所述，第一高温侧制冷回路Rla的高温制冷剂流路10起到蒸发器的作用。即，制冷剂在第一低温制冷剂流路20、第二低温制冷剂流路34中冷凝并放出冷凝热，制冷剂在高温制冷剂流路10中一边吸收上述冷凝热一边蒸发。
[0046]经由泵I被引导到温水配管H中的水，在第一水及制冷剂热交换器2A的水侧流路3a中，从在第一高温侧制冷回路Rla起冷凝作用的第一水及制冷剂热交换器2A的制冷剂侧流路6吸收高温的冷凝热，而上升为高温。缉拿归在第一水及制冷剂热交换器2A的水侧流路3a中变为高温后的温水引导到第二水及制冷剂热交换器2B的水侧流路3b。
[0047]在第二级联热交换器15中，第一低温制冷剂流路33和第二低温制冷剂流路27起到冷凝器的作用，如上所述，第二高温侧制冷回路Rlb的高温制冷剂流路16起到蒸发器的作用。即，制冷剂在第一低温侧制冷剂流路33、第二低温制冷剂流路27中冷凝并放出冷凝热，制冷剂在高温制冷剂流路16中一边吸收上述冷凝热一边蒸发。
[0048]从第一水及制冷剂热交换器2A弓丨导到第二水及制冷剂热交换器2B的水侧流路3b中的温水，从在第二高温侧制冷回路Rlb起冷凝作用的第一水及制冷剂热交换器2B的制冷剂侧流路12吸收高温的冷凝热，而上升为高温。即，在第二水及制冷剂热交换器2B的水侧流路3b中，上升到设定温度。
[0049]将从第二水及制冷剂热交换器2B流出的、上升到设定温度后的温水引导到热水储存罐、热水供给栓或送水侧的缓冲罐等产品的热水排出侧。然后，再引导到第一水及制冷剂热交换器2A、第二水及制冷剂热交换器2B并进行加热，使其在热水储存罐或是送水侧的缓冲罐中循环。或者，将直接将热水供给到热水供给栓。
[0050]在外部气温为极低温的情况下，霜会附着在第一低温侧制冷回路R2a和第二低温侧制冷回路R2b的、作为蒸发器的第一空气热交换器21和第二空气热交换器28上，而使热交换效率降低。因此，进行上述第一空气热交换器21和第二空气热交换器28的除霜运转。[0051]此时，并非是同时进行第一空气热交换器21及第二空气热交换器28的除霜运转，而是例如进行第一低温侧制冷回路R2a中的第一空气热交换器21的除霜运转，并在上述除霜结束后，进行第二低温侧制冷回路R2b中的第二空气热交换器28的除霜运转。
[0052]相反地，也可以进行第二空气热交换器28的除霜运转，并在上述除霜结束后，进行第一空气热交换器21的除霜运转。
[0053]在首先进行第一低温侧制冷回路R2a中的第一空气热交换器21的除霜运转的情况下，将第一低温侧制冷回路R2a的四通切换阀19切换为逆循环。第二低温侧制冷回路R2b的四通切换阀26保持在加热运转的状态即可。
[0054]使第一高温侧制冷回路Rla的压缩机5和第二高温侧制冷回路Rlb的压缩机11停止或者微速运转。加热运转中的第二低温侧制冷回路R2b的压缩机25通过提高运转频率，就能实现加热能力的增加。
[0055]在这种状态下，由于不对温水加热，因此使泵I停止。但是，在根据利用侧的要求等而需要使温水持续循环的情况下，也可以使泵I的持续运转。
[0056]在第一低温侧制冷回路R2a中，从低温侧压缩机18排出的高温高压的制冷剂经由四通切换阀19直接引导到第一空气热交换器21中冷凝，并放出冷凝热来使附着的霜熔融。
[0057]在第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20和第二级联热交换器15中的第一低温制冷剂流路33中，制冷剂蒸发，但由于第二低温侧制冷回路R2b持续进行加热运转，因此，将与上述蒸发热相当的热量以冷凝热的形式持续对第一级联热交换器9中的第二低温制冷剂流路34和第二级联热交换器15中的第二低温制冷剂流路27供给。
[0058]在此，在除霜中使第一高温侧制冷回路Rla的压缩机5和第二高温侧制冷回路Rlb的压缩机11停止的情况下，第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20和第二低温制冷剂流路34虽然不相邻，但是由于形成在热交换器的板上的突起部彼此金属接触，因此，通过板金属的热传导而能够进行热的传输。
[0059]另外，关于第二级联热交换器15中的第一低温制冷剂流路33和第二低温制冷剂流路27亦是如此。
[0060]另外，在除霜中使第一高温侧制冷回路Rla的压缩机5和第二高温侧制冷回路Rlb的压缩机11以加热运转的方式微速运转的情况下，由于在位于第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20与第二低温制冷剂流路34之间的第一高温制冷剂流路10、位于第二级联热交换器15中的第一低温制冷剂流路33与第二低温制冷剂流路27之间的第二高温制冷剂流路16中会产生流动，因此，能够实现伴随高温制冷剂流路10及16内的制冷剂的相变化的热的传输。
[0061]因此，在第一级联热交换器9和第二级联热交换器15中，除霜中的第一低温侧制冷回路R2a中的第一低温制冷剂流路20和第一低温制冷剂流路33从加热运转中的第二低温侧制冷回路R2b中的第二低温制冷剂流路34和第二低温制冷剂流路27吸热，来构成除霜中的二元循环。
[0062]这样，由于确保了热的供给源，能够在短时间完成除霜。由于没有将温水作为热源，因此，能够防止除霜中的温水配管H中的温水的极端温度降低。
[0063]另外，由于能够使泵I停止，因此，能防止没有被加热的温水流出。但是，在根据利用侧的要求等而需要使温水持续循环的情况下，也可以使泵I持续运转。[0064]在第一空气热交换器21的除霜结束之后，转移到第二空气热交换器28的除霜。即，将第一低温侧制冷回路R2a的四通切换阀19切换为通常的加热运转，将第二低温侧制冷回路R2b的四通切换阀26切换为逆循环。
[0065]接着，如上述这样对各制冷回路Rla、Rib、R2b、R2a的压缩机5、11、18、25进行驱动。
[0066]在第二低温侧制冷回路R2b中，从低温侧压缩机25排出的高温高压的制冷剂经由四通切换阀26直接被引导第二空气热交换器28中进行冷凝，并放出冷凝热来使附着的霜熔融。
[0067]在第一级联热交换器9中的第二低温制冷剂流路34和第二级联热交换器15中的第二低温制冷剂流路27中，制冷剂蒸发，但由于第一低温侧制冷回路R2a进行加热运转，因此，将与上述蒸发热相当的热量以冷凝热的形式持续对第一级联热交换器9中的第一低温制冷剂流路20和第二级联热交换器15中的第一低温制冷剂流路33进行供给。
[0068]在此，关于在除霜中使第一高温侧制冷回路Rla的压缩机5和第二高温侧制冷回路Rlb的压缩机11停止的情况及以加热运转的方式进行微速运转的情况下的热传输的方式，与先前说明相同，因此省略说明。
[0069]因此，在第一级联热交换器9和第二级联热交换器15中，除霜中的第二低温侧制冷回路R2b中的第二低温制冷剂流路34和第二低温制冷剂流路27从加热运转中的第一低温侧制冷回路R2a中的第一低温制冷剂流路20和第一低温制冷剂流路33吸热，来构成除霜中的二元循环。
[0070]由于确保了热的供给源，因此，能够在短时间完成除霜。由于没有将温水作为热源，因此，能够防止除霜中的温水配管H中的温水的温度极度降低。由于能够使泵I停止，因此，能够防止没有被加热的温水流出。但是，在根据利用侧的要求等而需要使温水持续循环的情况下，也可以使泵I持续运转。
[0071]在这样使第二空气热交换器28的除霜运转结束之后，在第二低温侧制冷回路R2b中，将四通切换阀26切换为通常的加热运转，若第一高温侧制冷回路Rla的压缩机5、第二高温侧制冷回路Rlb的压缩机11及泵I处于停止中，则只要驱动泵I即可。
[0072]因此，在第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb中，不需要四通切换阀和储罐，从而能够实现结构简化。
[0073]由于在除霜时能够确保热的供给源，因此，能够在短时间完成除霜。，由于没有使压缩机的温度超过必要地降低，因此，除霜后的加热运转恢复时的能力上升很快。此外，由于没有将温水作为热源，因此，在除霜时能够使泵停止，能够防止设定温度以下的温水流出。
[0074]图2是第二实施方式中的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。
[0075]在此，温水配管H的结构与第一实施方式中的复合二元制冷循环装置不同。其它结构部件与第一实施方式中的复合二元制冷循环装置相同，对于同一结构部件标注相同的编号，而省略新的说明。
[0076]温水配管H的一端部与供水源、热水储存罐或是回水侧(返回侧)缓冲罐的吸入部连接而延伸到框体K内，在此，连接有泵I。温水配管H从泵I的前端分岔成两根分岔温水配管Ha、Hb。[0077]在其中一根分岔温水配管Ha上连接有第一水及制冷剂热交换器2A的水侧流路3a，在另一根分岔温水配管Hb上连接有第二水及制冷剂热交换器2B的水侧流路3b。
[0078]在第一水及制冷剂热交换器2A的水侧流路3a以能进行热交换的方式一体地设置有制冷剂侧流路6。在第二水及制冷剂热交换器2B的水侧流路3b以能进行热交换的方式一体地设置有制冷剂侧流路12。
[0079]在各分岔温水配管Ha、Hb连接有第一水及制冷剂热交换器2A、第二水及制冷剂热交换器2B的水侧流路3a、3b后，合并为一根温水配管H，从而与热水储存罐、热水供给栓或是送水侧(利用侧)缓冲罐等产品的热水排出侧连接。
[0080]从第一水及制冷剂热交换器2A的制冷剂侧流路6的前端经由上述第一高温侧制冷回路Rla而与第一低温侧制冷回路R2a和第二低温侧制冷回路R2b连接。另外，从第二水及制冷剂热交换器2B的制冷剂侧流路12的前端经由上述第二高温侧制冷回路Rlb而与第一低温侧制冷回路R2a和第二低温侧制冷回路R2b连接。
[0081]因此，进行上述的加热运转和除霜运转。
[0082]图3是第三实施方式中的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。在该第三实施方式中的复合二元制冷循环装置中，将两个高温侧制冷回路的水及制冷剂热交换器一体地形成。
[0083]在此，与温水配管H连接的水及制冷剂热交换器2的结构与第一实施方式、第二实施方式中的复合二元制冷循环装置不同。其它的结构部件与第一实施方式、第二实施方式中的复合二元制冷循环装置相同，对于同一结构部件标注相同的编号，而省略新的说明。
[0084]S卩，与第一高温侧制冷回路Rla和第二高温侧制冷回路R2b分别对应地设置有第一实施方式、第二实施方式中说明的第一水及制冷剂热交换器2A和第二水及制冷剂热交换器2B。
[0085]与此相对的是，在第三实施方式中的水及制冷剂热交换器2中，第一高压侧制冷回路Rla的制冷剂侧流路6a位于与温水配管H连接的水侧流路3的一个面侧，第二高压侧制冷回路Rlb的制冷剂侧流路12a位于另一侧。
[0086]这样，在一个水及制冷剂热交换器2中能够流过三种流体，从而能实现结构简化。
[0087]另外，在外部气温上升或加热载荷降低而使要求能力降低时，使第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb的高温侧压缩机5、11和第一低温侧制冷回路R2a、第二低温侧制冷回路R2b的低温侧压缩机18、25的运转频率降级，而使加热能力降低。
[0088]但是，很难使各压缩机5、11、18、25降级到下限频率以下。因此，在需要进一步使加热能力降低的情况下，使第一低温侧制冷回路R2a和第二低温侧制冷回路R2b中的任意一方的低温侧压缩机18、25停止。
[0089]由此，同时使第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb中的级联热交换器9、15内部的制冷剂的饱和蒸发温度以及饱和冷凝温度降低。也使第一低温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb中的压缩机5、11所吸入的制冷剂密度降低。
[0090]藉此，使第一高温侧制冷回路、第二高温侧制冷回路的制冷剂循环量降低，而能够进一步使加热能力减低。这样，能够实现低载荷时的最低容量级数的降低。
[0091]图4是第四实施方式中的复合二元制冷循环装置的制冷循环结构图。
[0092]详细来说，将两个图3所示的复合二元制冷循环装置相对于温水配管H串联连接。即，将水及制冷剂热交换器2相互隔开规定间隔地安装两组，在上述水及制冷剂热交换器2中，第一高温侧制冷回路Rla的制冷剂侧流路6a位于与温水配管H连接的水侧流路3的一个面侧，第二高温侧制冷回路Rlb的制冷剂侧流路12a位于另一面侧。
[0093]另外，在第一高温侧制冷回路Rla连接有第一级联热交换器9中的高温制冷剂流路10，在其一个面侧设有第一低温侧制冷回路R2a中的第一低温制冷剂流路20，在另一个面侧设有第二低温侧制冷回路R2b中的第二低温制冷剂流路34，在这点上没有变化。
[0094]在第二高温侧制冷回路Rlb连接有第二级联热交换器15中的高温制冷剂流路16，在其一个面侧设有第一低温侧制冷回路R2a中的第一低温制冷剂流路33，在另一个面侧设有第二低温侧制冷回路R2b中的第二低温制冷剂流路27，在这点上亦是如此。
[0095]这样，相对于温水配管H设置有两组结构完全相同的复合二元制冷循环装置，并同时驱动每一个复合二元制冷循环装置，藉此，将从供水源、热水储存罐或是回水侧(返回侧)缓冲罐的吸入部引导到温水配管H的、相当于一组的情况下的两倍流量的水或温水制成高温的温水，并将热水朝热水储存罐、热水供给栓或是送水侧(利用侧)缓冲罐等产品的热水排出侧排出。
[0096]除霜运转在合计四个低温侧制冷回路R2a、R2b的空气热交换器21、28中逐个个别实施。此时，存在两个能够对温水加热有所贡献的加热运转持续中的低温侧制冷回路。
[0097]S卩，例如，靠近泵I的排出部的一侧的、第一低温侧制冷回路R2a或是第二低温侧制冷回路R2b的除霜运转中是使靠近泵I的排出部的一侧的、第一高温侧制冷回路Rla和第二高温侧制冷回路Rlb停止或是微速运转中，其无法对温水加热有所贡献。
[0098]但是，通过使远离泵I的排出侧的一侧的第一低温侧制冷回路R2a、第二低温侧制冷回路R2b进行加热运转，并使远离泵I的排出侧的一侧的第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb运转，藉此，能够在温水配管H中持续地取出热量。
[0099]另外，远离泵I的排出部的一侧的、第一低温侧制冷回路R2a或是第二低温侧制冷回路R2b的除霜运转中是远离泵I的排出部的一侧的、第一高温侧制冷回路Rla和第二高温侧制冷回路Rlb停止或是微速运转中，其无法对温水加热有所贡献。
[0100]但是，通过使靠近泵I的排出侧的一侧的第一低温侧制冷回路R2a、第二低温侧制冷回路R2b进行加热运转，并使靠近泵I的排出侧的一侧的第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb运转，藉此，能够在温水配管H中持续地取出热量。
[0101]在上述泵I采用逆变器型的情况下，通过在除霜运转时减小水量，藉此，能够将出口水温维持恒定。
[0102]另外，在此使用的第一级联热交换器9、第二级联热交换器15是在由多个分隔件(板)分隔而成的空间部中形成高温制冷剂流路10、16、第一低温制冷剂流路20、33及第二低温制冷剂流路34、27的三个流路的板式热交换器。
[0103]第一级联热交换器9、第二级联热交换器15彼此为相同的结构，因此，以下，使用第一级联热交换器9，并基于图5进行说明。
[0104]在构成第一级联热交换器9的器体40的一侧面，高温制冷剂导入口 40a和高温制冷剂导出口 40b设置在彼此分开的端部。在高温制冷剂导入口 40a连接有与高温侧膨胀装置8连通的制冷剂管P，在高温制冷剂导出口 40b连接有与高温侧压缩机5的吸入部连通的制冷剂管P。[0105]在器体40内构成有高温制冷剂流路10。高温制冷剂流路10由主流路41a和多个高温制冷剂分岔流路41b构成，其中，上述主流路41a与高温制冷剂导入口 40a和高温制冷剂导出口 40b连接，且彼此平行，同时端部被封闭，多个上述高温制冷剂分岔流路41在上述主流路41a之间连通，且彼此隔开规定间隔而平行设置。
[0106]在器体40的另一侧面，第一低温制冷剂导入口 42a和第二低温制冷剂导入口 43a设置在彼此相邻的位置处。另外，在器体40的相同侧面的分开的位置上，第一低温制冷剂导出口 42b和第二低温制冷剂导出口 43b设置在彼此相邻的位置处。
[0107]在第一低温制冷剂导入口 42a连接有与第一低温侧制冷回路R2a中的四通切换阀19的第二端口连通的制冷剂管P。在第一低温制冷剂导出口 42b连接有与上述制冷回路R2a中的低温侧接收器23连通的制冷剂管P。
[0108]在第二低温制冷剂导入口 43a连接有与第二低温侧制冷回路R2b中的四通切换阀26的第二端口连通的制冷剂管P。在第二低温制冷剂导出口 43b连接有与上述制冷回路R2b中的低温侧接收器30连通的制冷剂管P。
[0109]在器体40内，构成有与第一低温制冷剂导入口 42a和第一低温制冷剂导出口 42b连通的第一低温制冷剂流路20。另外，构成有与第二低温制冷剂导入口 43a和第二低温制冷剂导出口 43b连通的第二低温制冷剂流路34。
[0110]第一低温制冷剂流路20由主流路44a和多个第一低温制冷剂分岔流路44b构成，其中，上述主流路44a与第一低温制冷剂导入口 42a和第一低温制冷剂导出口 42b连接，且彼此平行，同时端部被封闭，多个上述第一低温制冷剂分岔流路44在上述主流路44a之间连通，且相互隔开规定间隔而平行设置。
[0111]第二低温制冷剂流路34由主流路45a和多个第二低温制冷剂分岔流路45b构成，其中，上述主流路45a与第二低温制冷剂导入口 43a和第二低温制冷剂导出口 43b连接，且彼此平行，同时端部被封闭，多个上述第二低温制冷剂分岔流路45b在上述主流路45a之间连通，且彼此隔开规定间隔而平行设置。
[0112]其结果是，在器体40内，构成高温制冷剂流路10的高温制冷剂分岔流路41b、构成第一低温制冷剂流路20的第一低温制冷剂分岔流路44b及构成第二低温制冷剂流路34的第二低温制冷剂分岔流路45b彼此隔开规定间隔而平行地设置。
[0113]换言之，夹着高温制冷剂分岔流路41b，在一个面侧设置有第一低温制冷剂分岔流路44b，在另一个面侧设置有第二低温制冷剂分岔流路45b，在第一低温制冷剂分岔流路44b、第二低温制冷剂分岔流路45b相对于高温制冷剂分岔流路41b交替设置。
[0114]这样构成的第一级联热交换器9，在高温侧制冷回路Rla中，从高温制冷剂导入口40a被弓I导到高温制冷剂流路10的高温制冷剂从一方的主流路41a分流到多个高温制冷剂分岔流路41b，再汇流到另一方的主流路41a后从高温制冷剂导出口 40b导出。
[0115]在第一低温侧制冷回路R2a中，从第一低温制冷剂导入口 42a被引导到第一低温制冷剂流路20的低温制冷剂从一方的主流路44a分流到多个第一低温制冷剂分岔流路44b，再汇流到另一方的主流路44a后从第一低温制冷剂导出口 42b导出。
[0116]从第二低温侧制冷回路R2b分流的制冷剂，从第二低温制冷剂导入口 43a，接着从构成第二低温制冷剂流路34的、一个主流路45a分流到多个第二低温制冷剂分支流路45b，再汇流到另一方的主流路45a后从第二低温制冷剂导出口 43b导出。[0117]S卩，在第一级联热交换器9中，使第一低温制冷剂分岔流路44b和第二低温制冷剂分岔流路45b相对于平行的多个高温制冷剂分支流路41b交替且彼此夹着分隔件设置。
[0118]构成第一级联热交换器9的器体40和对各流路进行分隔的分隔件的材料能使用导热性优异的材料。通过第一级联热交换器9的以上说明的流路结构及构成材料的选择，从而能使高温制冷剂与第一低温制冷剂及第二低温制冷剂高效地进行热交换，并能实现热交换效率的提高。
[0119]另外，高温制冷剂导入口 40a、高温制冷剂导出口 40b、第一低温制冷剂导入口42a、第二低温制冷剂导入口 43a、第一低温制冷剂导出口 42b及第二低温制冷剂导出口 43b也可以分别设于器体40的任一侧面，并没有任何限制。
[0120]例如，也可以将高温制冷剂导入口 40a、高温制冷剂导出口 40b、第一低温制冷剂导入口 42a、第二低温制冷剂导入口 43a、第一低温制冷剂导出口 42b及第二低温制冷剂导出口 43b全部设于器体40的同一侧面。
[0121]图6表示在第三实施方式、第四实施方式中使用的水及制冷剂热交换器2的示意结构。即，水及制冷剂热交换器2是在由多个分隔件(板)分隔出的空间部中形成有水侧流路3、第一制冷剂侧流路6a及第二制冷剂侧流路12a这三个流路的板式热交换器。
[0122]进一步说明，在构成水及制冷剂热交换器2的器体50的一侧面，水导入口 51a和水导出口 51b设置在彼此分开的端部。在水导入口 51a连接有与泵I连通的温水配管H，在水导出口 51b连接有与热水储存罐、热水供给栓或是送水侧(利用侧)缓冲罐等产品的热水排出侧连通的温水配管H。
[0123]在器体50内构成有水侧流路3。水侧流路3由主流路52a和多个水侧分岔流路52b构成，其中，上述主流路52a与水导入口 51a和水导出口 51b连接，且彼此平行，同时前端被封闭，多个上述水侧分岔流路52b在上述主流路52a之间连通，且彼此隔开规定间隔而平行设置。
[0124]在器体50的另一侧面，第一高温制冷剂导入口 53a和第二高温制冷剂导入口 54a设置在彼此相邻的位置。另外，在器体50的相同侧面的分开的位置处，第一高温制冷剂导出口 53b和第二高温制冷剂导出口 54b设置在彼此相邻的位置。
[0125]在第一高温制冷剂导入口 53a连接有与第一高温侧制冷回路Rla中的高温侧压缩机5连通的制冷剂管P。在第一高温制冷剂导出口 53b连接有与上述制冷回路Rla中的接收器7连通的制冷剂管P。
[0126]在第二高温制冷剂导入口 54a连接有与第二高温侧制冷回路Rlb中的高温侧压缩机11连通的制冷剂管P。在第二高温制冷剂导出口 54b连接有与上述制冷回路Rlb中的高温侧接收器13连通的制冷剂管P。
[0127]在器体50内，构成有与第一高温制冷剂导入口 53a和第一高温制冷剂导出口 53b连通的第一制冷剂侧流路6a。另外，构成有与第二高温制冷剂导入口 54a和第二高温制冷剂导出口 54b连通的第二制冷剂侧流路12a。
[0128]第一制冷剂侧流路6a由主流路55a和多个第一高温制冷剂分岔流路55b构成，其中，上述主流路55a与第一高温制冷剂导入口 53a和第一高温制冷剂导出口 53b连接，且彼此平行，同时端部被封闭，多个上述第一高温制冷剂分岔流路55b在上述主流路55a之间连通，且彼此隔开规定间隔而平行地设置。[0129]第二制冷剂侧流路12a由主流路56a和多个第二高温制冷剂分岔流路56b构成，其中，上述主流路56a与第二高温制冷剂导入口 54a和第二高温制冷剂导出口 54b连接，且彼此平行，同时端部被封闭，多个上述第二高温制冷剂分岔流路56b在上述主流路56a之间连通，且彼此隔开规定间隔而平行地设置。
[0130]其结果是，在器体50内，构成水侧流路3的水侧分支流路52b、构成第一制冷剂侧流路6a的第一高温制冷剂分岔流路55b及构成第二制冷剂侧流路12a的第二高温制冷剂分岔流路56b彼此隔开规定间隔而平行地设置。
[0131]换言之，夹着水侧分支流路52b，在一个面侧设置有第一高温制冷剂分岔流路55b，在另一个面侧设置有第二高温制冷剂分支流路56b，第一高温制冷剂分岔流路55b、第二高温制冷剂分岔流路56b相对于水侧分岔流路52b交替地设置。
[0132]这样构成的水及制冷剂热交换器2，从温水配管H被引导到水侧流路3的水或温水从一方的主流路52a分流到多个水侧分支流路52b，再汇流到另一方的主流路52a后从水侧导出口 51b导出。
[0133]在第一高温侧制冷回路Rla中，从第一高温制冷剂导入口 53a被引导到高温制冷剂流路6a的高温制冷剂从一方的主流路55a分流到多个第一高温制冷剂分岔流路55b，再汇流到另一方的主流路55a后从第一高温制冷剂导出口 53b导出。
[0134]在第二高温侧制冷回路Rlb中，从第二高温制冷剂导入口 54a被引导到高温制冷剂流路12a的高温制冷剂从一方的主流路56a分流到多个第二高温制冷剂分岔流路56b，再汇流到另一方的主流路56a后从第二高温制冷剂导出口 54b导出。
[0135]即，在水及制冷剂热交换器2中，第一高温制冷剂分岔流路55b和第二高温制冷剂分岔流路56b相对于平行的多个水侧分支流路52b交替且彼此夹着分隔件设置。
[0136]构成水及制冷剂热交换器2的器体50和对各流路进行分隔的分隔件的材料使用导热性优异的材料。通过水及制冷剂热交换器2的以上说明的流路结构和构成材料的选择，从而能使水或温水与两个高温制冷剂高效地进行热交换，并能实现热交换效率的提高。
[0137]另外，水侧导入口 51a、水侧导出口 51b、第一高温制冷剂导入口 53a、第二高温制冷剂导入口 54a、第一高温制冷剂导出口 53b及第二高温制冷剂导出口 54b也可以分别设于器体50的任一侧面，并没有任何限制。
[0138]例如，也可以将水侧导入口 51a、水侧导出口 51b、第一高温制冷剂导入口 53a、第二高温制冷剂导入口 54a、第一高温制冷剂导出口 53b及第二高温制冷剂导出口 54b全部设于器体50的同一侧面。
[0139]在图4的复合二元制冷循环装置中，在外部气温上升或是加热载荷降低而使要求能力降低时，使各高温侧制冷回路Rla、Rlb和各低温侧制冷回路R2a、R2b中的压缩机5、11、18,21的运转频率降级，而使加热能力降低。
[0140]但是，很难使各压缩机5、11、18、21降级到下限频率以下。
[0141]因此，在需要进一步使加热能力降低的情况下，作为第一步，使远离泵I的、第一低温侧制冷回路R2a中的低温侧压缩机18或是第二低温侧制冷回路R2b中的低温侧压缩机25的任一方停止。
[0142]藉此，同时使远离泵I的、第一高温侧制冷回路R2a和第二高温侧制冷回路R2b中的级联热交换器9、15内部的制冷剂的饱和蒸发温度及饱和冷凝温度降低。[0143]另外，使第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb中的压缩机5、11吸入的制冷剂密度降低，使第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb的制冷剂循环量降低，从而能够进一步减低加热能力。
[0144]作为第二步，使靠近泵I的一 I侧的、第一低温侧制冷回路R28中的低温侧压缩机18或是第二低温侧制冷回路R2b中的低温侧压缩机25的任一方停止。
[0145]藉此，同时使靠近泵I的一侧的第一高温侧制冷回路Rla和第二高温侧制冷回路Rlb中的级联热交换器9、15内部的制冷剂的饱和蒸发温度及饱和冷凝温度降低，使第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb中的压缩机5、11吸入的制冷剂密度降低，藉此，使第一高温侧制冷回路、第二高温侧制冷回路的制冷剂循环量降低，并能够进一步降低加热能力。
[0146]作为第三步，使远离泵I的一侧的第一高温侧制冷回路Rla、第二高温侧制冷回路Rlb中的高温侧压缩机5、11和持续运转的、第一低温侧制冷回路R2a中的低温侧压缩机18或第二低温侧制冷回路R2b中的低温侧压缩机25停止。(也就是说，使远离泵I 一侧的高温侧和低温侧的制冷回路全部停止)或者，使靠近泵I的一侧的高温侧和低温侧的制冷回
路全部停止。
[0147]这样，能够进一步降低加热能力。即，能够实现低载荷时的最低容量级数的降低。
[0148]另外，如图7所示，在二元制冷循环装置中，高温侧制冷回路中的制冷剂的冷凝温度比低温侧制冷回路中的制冷剂的冷凝温度高。因此，在使用R410A作为低温侧制冷剂的情况下，在高温侧制冷剂中，需要选择在同等温度下比R410A的压力低的制冷剂、即高沸点的制冷剂。
[0149]藉此，即使在低温侧制冷回路和高温侧制冷回路中冷凝温度不同，但其压力也没有太大差异，能够使用同等程度的耐压、即制冷循环部件来构成高温侧及低温侧制冷回路，对成本也有利。
[0150]另外，制冷剂对制冷机油的溶解度随着制冷机油的温度上升而降低，但也随着压力上升而上升。在实际运转时，冷凝温度(压力)和油温存在相关关系，油温随冷凝温度而上升，因此，如图8所示，在R410A制冷剂和酯类油的组合的情况下，制冷剂溶解度几乎没有变化。
[0151]但是，在R134a制冷剂和酯类油的组合的情况下，因油温较高而使油自身的动态粘度降低，因对制冷机油的相溶性较好而使制冷剂对油的溶解度大，因此，与R410A循环相比，R134a循环的制冷机油的动态粘度显著降低。因而，根据上述的结果，需要注意R134a循环会使吐油量增加，进而因制冷机油的动态粘度降低而使油膜形成不足，藉此引起压缩机的润滑不足的情况。
[0152]为了解决这一问题，只要增大在高温侧压缩机5、11中使用的制冷机油的动态粘度，或是减小高温侧制冷剂对高温侧制冷油的相溶性即可。通过增大动态粘度，即使溶入制冷剂，也能确保一定程度的动态粘度，其结果是，能使排油量降低。
[0153]另外，通过降低相溶性，能够减小制冷剂溶解度，并能够在一定程度上将在实际运转状态下的动态粘度保持得较高，其结果是，排油量降低。因此，不需要进行油回收运转这样的特殊的运转。
[0154]即，封入这种的高温侧压缩机5、11和低温侧压缩机18、25的制冷机油在40 °C下的动态粘度设定为高温侧压缩机 > 低温侧压缩机。能够抑制在实际使用区域内的粘度降低，并能将性能降低抑制为最小限度。
[0155]另外，在封入高温侧压缩机5、11和低温侧压缩机18、25的制冷机油中，各制冷剂对油的溶解度在同等的温度和压力下，设定为高温侧压缩机<低温侧压缩机。能够抑制实际使用区域中的粘度降低.吐油量的增加，将性能降低抑制在最小限度。
[0156]以上，对本实施方式进行了说明，但上述的实施方式作为例子进行了提示，并不旨在对实施方式的范围进行限定。上述新增的实施方式可以以其它各种方式进行实施，在不脱离要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及宗旨中，并且，包含在权利要求书记载的发明及其均等的范围中。
【权利要求】
1.一种复合二元制冷循环装置，将两个高温侧制冷回路和两个低温侧制冷回路装载于同一框体，并且包括温水配管，其中，两个所述高温侧制冷回路分别具有将从高温侧压缩机排出的制冷剂与水进行热交换的水及制冷剂热交换器，两个所述低温侧制冷回路分别具有由空气热交换器构成的蒸发器，构成为能够利用级联热交换器使各所述高温侧制冷回路与两个所述低温侧制冷回路分别进行热交换，所述温水配管能使水或温水在所述高温侧制冷回路的水及制冷剂热交换器的水侧流路中流通，其特征在于，在两个所述低温侧制冷回路中，当一方的低温侧制冷回路进行蒸发器的除霜运转时，另一方的低温侧制冷回路被控制成在所述级联热交换器中进行放热。
2.如权利要求1所述的复合二元制冷循环装置，其特征在于，所述级联热交换器包括与高温侧制冷回路连通的高温制冷剂流路、与一方的低温侧制冷回路连通的第一低温制冷剂流路以及与另一方的低温侧制冷回路连通的第二低温制冷剂流路，并且，所述级联热交换器由在所述高温制冷剂流路的一个面侧配置有第一低温制冷剂流路、在另一个面侧配置有第二低温制冷剂流路的板式热交换器构成。
3.如权利要求1所述的复合二元制冷循环装置，其特征在于，两个所述高温侧制冷回路的水及制冷剂热交换器一体形成，并且，包括与所述水配管连接的水流路、与一方的高温侧制冷回路连通的第一制冷剂侧流路以及与另一方的高压侧制冷回路连通的第二制冷剂侧流路，两个所述高温侧制冷回路的水及制冷剂热交换器由在所述水流路的一个面侧配置有第一制冷剂侧流路、在另一个面侧配置有第二制冷剂侧流路的板式热交换器构成。
4.如权利要求1所述的复合二元制冷循环装置，其特征在于，在外部气温上升或是加热载荷降低而使要求能力降低时，控制为通过使第一低温侧制冷回路和第二低温侧制冷回路中的低温侧压缩机的任一个停止，来使第一高温侧制冷回路和第二高温侧制冷回路的级联热交换器温度同时降低，并实现加热能力的降低。
【文档编号】F25B30/02GK103733004SQ201280030812
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2011年8月22日
【发明者】浅利峻, 图司贵宏, 远藤隆久 申请人:东芝开利株式会社