熱泵系統(tǒng)及熱泵式供熱水機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種串聯(lián)連接有兩個(gè)獨(dú)立的壓縮機(jī)的二級(jí)壓縮式的熱栗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]以節(jié)能為目的進(jìn)行著供熱水系統(tǒng)的熱栗化。
[0003]作為其制冷劑系統(tǒng)，已知有如下二級(jí)壓縮制冷循環(huán)，其具備串聯(lián)連接有低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的制冷劑回路，利用該制冷劑回路使制冷劑循環(huán)(例如，專利文獻(xiàn)I?3)0
[0004]以往技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I:日本特開平5-93552號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開平6-2966號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-168330號(hào)公報(bào)
[0009]發(fā)明的概要
[0010]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0011]為了使二級(jí)壓縮制冷循環(huán)始終在效率良好的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，需要使低級(jí)側(cè)及高級(jí)側(cè)的兩個(gè)壓縮機(jī)分別以獨(dú)立的轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)行。因此，成為最大的課題的是控制兩個(gè)壓縮機(jī)中分別所含的制冷機(jī)油的油位水平。與在I個(gè)殼體的內(nèi)部搭載有低級(jí)側(cè)及高級(jí)側(cè)的兩個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)不同，當(dāng)串聯(lián)連結(jié)兩個(gè)獨(dú)立的壓縮機(jī)時(shí)，為了使兩個(gè)壓縮機(jī)穩(wěn)固地運(yùn)行，需要在兩個(gè)壓縮機(jī)之間將制冷機(jī)油的量保持為適當(dāng)?shù)?、均等的水平?br>[0012]本發(fā)明是基于該技術(shù)課題而完成的，其目的在于提供一種無需停止運(yùn)行或進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)行操作而容易均等地保持兩個(gè)壓縮機(jī)的制冷機(jī)油的量的二級(jí)壓縮熱栗系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種具備該二級(jí)壓縮式熱栗系統(tǒng)的高效率的熱栗供熱水機(jī)。
[0013]用于解決技術(shù)課題的手段
[0014]基于這種目的而完成的本發(fā)明劃分為第一發(fā)明和第二發(fā)明。
[0015]首先，第一發(fā)明所涉及的熱栗系統(tǒng)，其具備:壓縮機(jī)構(gòu)，具備低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)，壓縮并吐出制冷劑；油分離器，設(shè)置于高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的吐出側(cè);第I熱交換器，使由壓縮機(jī)構(gòu)壓縮的制冷劑與熱交換對象進(jìn)行熱交換;膨脹閥，使從第I熱交換器流出的制冷劑減壓膨脹;第2熱交換器，使在膨脹閥中減壓膨脹的制冷劑與熱交換對象進(jìn)行熱交換;均油路徑，連結(jié)低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)，使制冷機(jī)油在低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)與高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)之間流通;主返回配管，連結(jié)油分離器與高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的吸入側(cè)之間；回油路徑，連結(jié)主返回配管和均油路徑；回油用開閉閥，設(shè)置于回油路徑;及制冷劑路徑切換機(jī)構(gòu)，在使制冷劑依次流過低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的二級(jí)壓縮路徑與僅流過低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)中的任意一個(gè)的一級(jí)壓縮路徑之間進(jìn)行選擇性切換。
[0016]例如，若假想設(shè)定熱栗式的供熱水機(jī)，則由于設(shè)備的高壓壓力依賴于進(jìn)入水制冷劑熱交換器(水-制冷劑熱交換器)中的水的溫度(例如，35?75°C的范圍)進(jìn)行確定，因此壓縮機(jī)的吸入側(cè)與吐出側(cè)的壓力差可能會(huì)因水溫而大幅變化。若在水-制冷劑熱交換器的入口水溫較低的狀態(tài)下進(jìn)行二級(jí)壓縮運(yùn)行，則低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)與高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)之間的差壓變小。根據(jù)該壓縮機(jī)間的差壓，確定返回的制冷機(jī)油的量。因此，本發(fā)明中，正在進(jìn)行二級(jí)壓縮運(yùn)行時(shí)，若低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)與高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)之間的差壓降低，則被切換成一級(jí)壓縮運(yùn)行。
[0017]第一發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，若在處于已經(jīng)選擇了二級(jí)壓縮路徑的狀態(tài)時(shí)，滿足以下條件(I)?條件(3)中的任意一個(gè)，則制冷劑的路徑被切換成一級(jí)壓縮路徑。
[0018]條件(1):1XTR
[0019]TW:當(dāng)?shù)贗熱交換器的熱交換對象為水時(shí)，進(jìn)入水制冷劑熱交換器(水熱交換)中的水的溫度，Tr:規(guī)定值
[0020]條件(2): (Pho-Pli) < Δ Pri
[0021 ] Pl1:低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的吸入壓力，Pm:高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的吐出壓力，規(guī)定值:APr1
[0022]條件(3): (Plo-Pli) < Δ Pr2
[0023]Pli:低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的吸入壓力，Plq:低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的吐出壓力，規(guī)定值:Λ Pr2
[0024]并且，第一發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，若選擇一級(jí)壓縮路徑，則制冷劑路徑切換機(jī)構(gòu)能夠通過打開回油用開閉閥，使來自油分離器的制冷機(jī)油不經(jīng)由高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)而經(jīng)由回油路徑返回到均油路徑。
[0025]通過設(shè)置以上結(jié)構(gòu)的回油路徑、均油路徑，在低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)、高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)各自的制冷機(jī)油的量不足時(shí)，能夠容易恢復(fù)油量。
[0026]第一發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，優(yōu)選根據(jù)低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)中的預(yù)測的制冷機(jī)油的量及高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)中的預(yù)測的制冷機(jī)油的量來控制返回用開閉閥的開閉及均油用開閉閥的開閉。
[0027]根據(jù)由熱栗系統(tǒng)所具備的壓力傳感器、溫度傳感器的感測結(jié)果求出的兩個(gè)壓縮機(jī)各自的油量，能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻控制制冷機(jī)油。
[0028]將以上說明的熱栗系統(tǒng)的第I熱交換器作為使制冷劑與水進(jìn)行熱交換而對水進(jìn)行加熱的水-制冷劑熱交換器的熱栗式供熱水機(jī)由于低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)及高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的制冷機(jī)油的量得到確保，因此能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高效率的熱水供給。
[0029]其次，第二發(fā)明的熱栗系統(tǒng)具備:壓縮機(jī)構(gòu)，具備低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)，壓縮并吐出制冷劑;第1熱交換器，由壓縮機(jī)構(gòu)壓縮的制冷劑與熱交換對象進(jìn)行熱交換;膨脹閥，使從第I熱交換器中流出的制冷劑減壓膨脹;第2熱交換器，在膨脹閥中減壓膨脹的制冷劑與熱交換對象進(jìn)行熱交換;均油配管，連結(jié)低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)，使制冷機(jī)油在低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)與高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)之間流通;均油閥，開閉均油配管;及控制裝置，控制均油閥的開閉動(dòng)作。
[0030]本發(fā)明的控制裝置若判斷為制冷劑流過均油配管，則指示關(guān)閉打開著的均油閥。
[0031]第二發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，控制裝置能夠根據(jù)均油配管中的檢測溫度To與使制冷劑從低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)朝向高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)流動(dòng)的制冷劑配管中的檢測溫度T1及高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)中的檢測溫度Τ2*的一個(gè)或兩個(gè)的比較來判斷制冷劑是否流過均油配管。
[0032]第二發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，優(yōu)選當(dāng)進(jìn)行不穩(wěn)定的運(yùn)行時(shí)，即使打開條件倶全，控制裝置也會(huì)指示繼續(xù)關(guān)閉均油閥。
[0033]并且，第二發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，優(yōu)選當(dāng)高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速小于預(yù)先規(guī)定的值時(shí)，無論制冷劑是否流過均油配管的判斷如何，控制裝置都會(huì)指示均油閥按一定時(shí)間交替重復(fù)開閉。
[0034]將以上說明的第二發(fā)明的熱栗系統(tǒng)的第I熱交換器作為使制冷劑與水進(jìn)行熱交換而對水進(jìn)行加熱的水-制冷劑熱交換器的熱栗式供熱水機(jī)由于低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)及高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的制冷機(jī)油的量得到確保，因此能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高效率的熱水供給。
[0035]發(fā)明效果
[0036]根據(jù)本申請的第一發(fā)明，無需停止低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)的運(yùn)行，能夠僅通過第I電磁閥和第2電磁閥的開閉這種簡單的操作來實(shí)現(xiàn)低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)中的制冷機(jī)油的均勻化。
[0037]并且，根據(jù)本申請的第二發(fā)明，無需停止壓縮機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，且能夠通過均油閥的開/閉這種簡單的操作來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)構(gòu)之間的制冷機(jī)油的均勻化。而且，根據(jù)本發(fā)明，若判斷為制冷劑流過均油配管，則關(guān)閉打開著的均油閥，因此能夠避免因制冷劑流過均油配管而產(chǎn)生的壓縮機(jī)構(gòu)的損耗。
【附圖說明】
[0038]圖1是表示第I實(shí)施方式所涉及的熱栗系統(tǒng)的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0039]圖2是表示第I實(shí)施方式的熱栗系統(tǒng)的動(dòng)作的圖，圖2(a)表示二級(jí)壓縮運(yùn)行，圖2(b)表示一級(jí)壓縮運(yùn)行。
[0040]圖3是表示利用兩個(gè)電磁閥進(jìn)行圖1的熱栗系統(tǒng)的二級(jí)壓縮運(yùn)行與一級(jí)壓縮運(yùn)行之間的切換的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0041]圖4是表示圖1的熱栗系統(tǒng)中附加有兩個(gè)油分離器的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0042]圖5是表示第2實(shí)施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機(jī)的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0043]圖6表示第2實(shí)施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機(jī)的回路結(jié)構(gòu)，示出與圖5不同的運(yùn)行模式。
[0044]圖7是表示均油配管的變形例的圖。
[0045]圖8是表示第3實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0046]圖9是表示圖8的制冷循環(huán)的動(dòng)作的圖，圖9(a)中關(guān)閉均油配管，圖(b)中打開均油配管。
[0047]圖10是表示設(shè)置于圖8的制冷循環(huán)的均油配管上的閥的開閉順序的流程圖。
[0048]圖11是表示圖10的閥的開閉順序的變形例的流程圖。
[0049]圖12是表示第4實(shí)施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機(jī)的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0050]圖13是表示第4實(shí)施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機(jī)的回路結(jié)構(gòu)的圖，示出與圖12不同的運(yùn)行模式。
【具體實(shí)施方式】
[0051]以下，參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0052][第I實(shí)施方式]
[0053]如圖1所示，第I實(shí)施方式所涉及的熱栗系統(tǒng)I具備:低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a及高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)10b，壓縮并吐出制冷劑;第I熱交換器11，使由高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b壓縮的制冷劑與成為熱交換的對象的流體進(jìn)行熱交換;膨脹閥(以下，僅為膨脹閥)12，使從第I熱交換器11流出的制冷劑減壓膨脹;及第2熱交換器13，使在膨脹閥12中減壓膨脹的制冷劑與成為熱交換對象的流體進(jìn)行熱交換，它們沿著制冷劑的循環(huán)方向依次串聯(lián)連接。本實(shí)施方式中，第I熱交換器11例如能夠作為通過與水進(jìn)行熱交換而散熱的冷凝器發(fā)揮功能，并且，第2熱交換器13能夠作為通過與外氣進(jìn)行熱交換而吸熱的蒸發(fā)器發(fā)揮功能。
[0054]熱栗系統(tǒng)I具備如下切換低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a與高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b的連接狀態(tài)的四通切換閥14。即，四通切換閥14在制冷劑通過低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b這兩者的二級(jí)壓縮運(yùn)行(二級(jí)壓縮路徑)與制冷劑僅通過低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a但迂回高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b的一級(jí)壓縮運(yùn)行(一級(jí)壓縮路徑)之間進(jìn)行切換。
[0055]并且，熱栗系統(tǒng)I具備用于均等地保持低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a中所保持的制冷機(jī)油和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)I Ob中所保持的制冷機(jī)油的油量的均油機(jī)構(gòu)20。
[0056]熱栗系統(tǒng)I具備連結(jié)低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b的配管L1、連結(jié)高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b和第I熱交換器11的配管L2、連結(jié)第I熱交換器11和第2熱交換器13的配管L3、連結(jié)第2熱交換器13和低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a的配管L4，由此構(gòu)成制冷劑循環(huán)的制冷劑回路。其中，對于低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a而言，配管L4構(gòu)成吸入側(cè)配管，連結(jié)低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b的配管LI構(gòu)成中間壓力配管，對于高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b而言，配管L2構(gòu)成吐出側(cè)配管。
[0057]并且，熱栗系統(tǒng)I具備連結(jié)低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a的吐出側(cè)(配管LI)和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b的吐出側(cè)(配管L2)的配管L5。前述四通切換閥14設(shè)置于配管L5的低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a的吐出側(cè)的連接端。四通切換閥14在使從低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a吐出的制冷劑直接通過配管LI被吸入至高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)10b、或者通過配管L5、再通過配管L2被供給至第I熱交換器11之間進(jìn)行切換。通過該切換，實(shí)現(xiàn)二級(jí)壓縮路徑與一級(jí)壓縮路徑)之間的切換。
[0058]另外，有時(shí)不區(qū)分低級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1a和高級(jí)側(cè)壓縮機(jī)1b而統(tǒng)稱為壓縮機(jī)構(gòu)10。
[0059]接著，熱栗系統(tǒng)I在配管L2上具備油分離器26。油分離器26通