冷凍循環裝置和熱水生成裝置的製作方法

2023-11-07 18:49:42 4

專利名稱：冷凍循環裝置和熱水生成裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及二元冷凍循環裝置的除霜控制。
背景技術：
目前，有利用由高溫側冷凍循環和低溫側冷凍循環構成的二元冷凍循環而能夠將熱介質例如水加熱至65 80°C的熱泵式熱水生成裝置(例如參照專利文獻I)。流過高溫側冷凍循環的高溫側製冷劑在階式熱交換器中通過流過低溫側冷凍循環的低溫側製冷劑的冷凝熱而蒸發。另外，在設置於高溫側冷凍循環的製冷劑-熱介質熱交換器中，使用高溫側製冷劑的冷凝熱將熱介質加熱至65 80°C的高溫，用於供熱用途。通過冷凍循環的熱水生成裝置加熱熱介質的方法與使用一個冷凍循環將熱介質加熱至同65 80°C的高溫的方法，可以降低能量消耗量。在這種熱水生成裝置中，在進行將附著於低溫側蒸發器上的霜融化的除霜運轉的情況下，通常使高溫側冷凍循環和低溫側冷凍循環各自的製冷劑流路逆轉，將低溫側冷凍循環的壓縮機的高溫噴出製冷劑直接向蒸發器供給，使霜融化(例如參照專利文獻2、專利文獻3)。圖7表示專利文獻2的控制流程。在啟動冷凍循環裝置的運轉(步驟101)，進行通常運轉時(步驟102)，判斷是否轉移到除霜運轉(步驟103)。在步驟103中，在判斷為轉移到除霜運轉時，暫時停止低溫側壓縮機(步驟104)，使低溫側冷凍循環的製冷劑流動方向逆轉(步驟105)，再啟動低溫側壓縮機，僅通過低溫側冷凍循環進行除霜運轉(步驟106)。在通過步驟106開始低溫側冷凍循環的除霜運轉時，將計時器(時間)復位(步驟107)，進行計時器計數(步驟108)。當計時器計數滿足規定條件(經過規定時間、或開始除霜運轉後高溫側冷凍循環的壓縮機吸入過熱度成為規定值以下)時(步驟109)，暫時停止高溫側壓縮機(步驟110)，使高溫側冷凍循環的製冷劑流動方向逆轉(步驟111)，再啟動高溫側壓縮機，運轉低溫側和高溫側冷凍循環雙方，進行除霜運轉(步驟112)。判斷除霜運轉結束時(步驟113)，使低溫側冷凍循環和高溫側冷凍循環的製冷劑流動方向返回通常運轉(步驟114)，進行步驟102的通常運轉。圖8表示專利文獻3的控制流程。在啟動冷凍循環裝置的運轉(步驟201)，進行通常運轉時(步驟202)，判斷是否轉移到除霜運轉(步驟203)。在步驟203中，在判斷為轉移到除霜運轉時，暫時停止低溫側壓縮機及高溫側壓縮機(步驟204)，使低溫側冷凍循環及高溫側冷凍循環的製冷劑流動方向逆轉(步驟205)。將計時器(時間)復位(步驟206)，並且僅通過低溫側冷凍循環進行除霜運轉(步驟207)。對僅低溫側冷凍循環下的除霜運轉時間進行計時器計數(步驟209)，在達到規定時間Tms2之前，繼續僅低溫側冷凍循環下的除霜運轉。在判斷為僅在低溫側冷凍循環下的除霜運轉中除霜運轉結束時(步驟208)，使低溫側冷凍循環的製冷劑流動方向返回通常運轉(步驟213)，進行步驟202的通常運轉。在僅低溫側冷凍循環下的的除霜運轉時間成為規定時間Tms2時，在低溫側冷凍循環的基礎上，高溫側冷凍循環也開始除霜運轉(步驟211)。在經過了規定時間後低溫側蒸發器的入口溫度也未超過規定溫度的情況下，高溫側冷凍循環也運轉，繼續除霜運轉。在判斷除霜運轉結束時(步驟212)，使低溫側冷凍循環及高溫側冷凍循環的製冷劑流動方向返回通常運轉(步驟213)，進行步驟202的通常運轉。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2010-196950號公報專利文獻2:日本特開2000-105029號公報專利文獻3:日本特開2011-127878號公報在專利文獻2中記載的技術中，在除霜運轉中，使高溫側冷凍循環和低溫側冷凍循環雙方的製冷劑路徑逆轉，將低溫側冷凍循環的壓縮機的高溫噴出製冷劑直接向低溫側蒸發器供給。因此，對於將蒸發器的霜融化是有效的。但是，由於高溫側冷凍循環的製冷劑-熱介質熱交換器具有蒸發器的作用，所以存在製冷劑-熱介質熱交換器內的熱介質被冷卻，因而向供暖的利用者側供給已經冷卻的熱介質的課題。在除霜運轉中，即使停止熱介質的循環，有時熱介質自身也會凍結膨脹。另一方面，在專利文獻3記載的技術中，在附著於低溫側蒸發器的霜的量過多的情況等下，在霜難以融化的運轉條件中，需要在使高溫側冷凍循環的製冷劑路徑逆轉的狀態下進行除霜運轉。因此，與專利文獻2相同，存在向供熱的利用者側供給已經冷卻的熱介質、或熱介質自身發生凍結的課題。為解決該課題，也有如下方法，即，在高溫側冷凍循環中與製冷劑-熱介質熱交換器串列地設置第一開閉閥，進一步設置將製冷劑-熱介質熱交換器和第一開閉閥旁通的旁通迴路，在該旁通迴路中設置第二開閉閥，在除霜運轉中，關閉第一開閉閥，打開第二開閉閥，使得低溫的高溫側製冷劑不通過製冷劑-熱介質熱交換器。但是，由於設置旁通迴路和第二開閉閥，所以存在使高溫側冷凍循環複雜化，零件成本增加的課題。

發明內容
本發明是為解決上述現有的課題，其目的在於提供一種能夠縮短除霜時間，運轉效率高的二元冷凍循環裝置。為解決上述現有的課題，本發明的冷凍循環裝置的特徵在於，具備:將低溫側壓縮機、階式熱交換器、低溫側減壓裝置、低溫側蒸發器按順序環狀連接，使低溫側製冷劑循環的低溫側冷凍循環；將高溫側壓縮機、製冷劑-熱介質熱交換器、高溫側減壓裝置、上述階式熱交換器按順序環狀連接，使高溫側製冷劑循環，並且在上述階式熱交換器中使上述低溫側製冷劑和上述高溫側製冷劑進行熱交換的高溫側冷凍循環；檢測上述低溫側蒸發器的結霜狀態的除霜檢測單元；判斷從通常運轉向融化上述低溫側蒸發器的霜的除霜運轉的轉移和從上述除霜運轉向上述通常運轉的轉移的控制部，其中，在上述控制部，在通過上述除霜檢測單元的檢測判斷為從上述通常運轉向上述除霜運轉的轉移的情況下，繼續上述低溫側壓縮機的運轉，停止上述高溫側壓縮機的運轉，轉移到上述除霜運轉。由此，由於不停止低溫側冷凍循環的壓縮機，不使製冷劑流動方向逆轉而進行除霜運轉，因此，不向制熱的利用者側供給已被冷卻的水介質，或使水介質冷凍。而且，在轉移到除霜運轉之前，停止高溫側冷凍循環的壓縮機，在僅低溫側冷凍循環運轉的狀態下使低溫側冷凍循環的冷凝溫度(高壓)上升規定時間，從低溫側冷凍循環的壓縮機向階式熱交換器蓄熱後，進行低溫側蒸發器的除霜。因此，能夠縮短除霜時間，能夠實現冷凍循環的運轉效率的提高。發明效果根據本發明，能夠提供一種能夠縮短除霜時間，且運轉效率高的二元冷凍循環裝置。


圖1是本發明實施方式I的冷凍循環裝置的構成圖；圖2是本發明實施方式I的冷凍循環裝置的控制流程圖；圖3是本發明實施方式2的冷凍循環裝置的控制流程圖；圖4是本發明實施方式3的冷凍循環裝置的控制流程圖；圖5是本發明實施方式4的冷凍循環裝置的控制流程圖；圖6是本發明實施方式5的冷凍循環裝置的控制流程圖；圖7是現有的冷凍循環裝置的控制流程圖；圖8是現有的其它冷凍循環裝置的控制流程圖；符號說明100冷凍循環裝置110低溫側冷凍循環111低溫側壓縮機Il2 階式熱交換器(cascade heat exchanger)113低溫側減壓裝置114空氣熱交換器(低溫側蒸發器)120高溫側冷凍循環121高溫側壓縮機122製冷劑-熱介質熱交換器123高溫側減壓裝置130熱介質循環131熱介質循環泵(熱介質循環單元)140控制部
具體實施例方式第一發明提供一種冷凍循環裝置，其特徵在於，具備:將低溫側壓縮機、階式熱交換器、低溫側減壓裝置、低溫側蒸發器按順序環狀連接，使低溫側製冷劑循環的低溫側冷凍循環；將高溫側壓縮機、製冷劑-熱介質熱交換器、高溫側減壓裝置、上述階式熱交換器按順序環狀連接使高溫側製冷劑循環，並且在上述階式熱交換器中使上述低溫側製冷劑和所述高溫側製冷劑進行熱交換的高溫側冷凍循環；檢測上述低溫側蒸發器的結霜狀態的除霜檢測單元；判斷從通常運轉向融化上述低溫側蒸發器的霜的除霜運轉的轉移及從上述除霜運轉向上述通常運轉的轉移的控制部，其中，在上述控制部，在通過上述除霜檢測單元的檢測判斷為從上述通常運轉向上述除霜運轉的轉移的情況下，繼續上述低溫側壓縮機的運轉，停止上述高溫側壓縮機的運轉，轉移到上述除霜運轉。由此，由於不使高溫側冷凍循環的製冷劑流動方向逆轉而進行除霜運轉，所以，不會向供熱的利用者側供給被冷卻了的熱介質或使熱介質凍結。另外，在進行除霜運之前，成為使高溫側冷凍循環的壓縮機停止，僅使低溫側冷凍循環運轉規定時間的狀態。因此，在階式熱交換器中，低溫側製冷劑不能使冷凝熱散熱，低溫側冷凍循環的冷凝溫度(低溫側高壓)上升，從低溫側冷凍循環的壓縮機朝向階式熱交換
器蓄熱。因此，在向除霜運轉轉移時，將該蓄熱了的高溫的低溫側製冷劑向低溫側蒸發器供給進行除霜，因此，能夠縮短除霜時間，能夠實現冷凍循環的運轉效率的提高。第二發明的特徵在於，具備檢測上述低溫側冷凍循環的壓力的低溫側高壓檢測單元，在上述控制部，在判斷為從上述通常運轉向上述除霜運轉的轉移的情況下，在上述低溫側高壓檢測單元檢測到的上述壓力超過規定高壓後，轉移到上述除霜運轉。由此，在進行除霜運轉之前，在使高溫側冷凍循環的壓縮機停止，且僅使低溫側冷凍循環運轉的狀態下使低溫側高壓上升至低溫側冷凍循環的高壓上限值以下的規定值，從低溫側冷凍循環的壓縮機向階式熱交換器進行蓄熱後，進行低溫側蒸發器的除霜。因此，無論在任何運轉條件下，都能夠可靠地防止低溫側高壓超過低溫側冷凍循環的高壓上限的異常事態發生。第三發明的特徵在於，具備檢測上述階式熱交換器的溫度的階式熱交換器溫度檢測單元，在上述控制部中，在判斷為從上述通常運轉向上述除霜運轉的轉移的情況下，在上述階式熱交換器溫度檢測單元檢測到的上述溫度超過規定溫度後，轉移至上述除霜運轉。由此，在進行除霜運轉之前，使高溫側冷凍循環的壓縮機停止，且僅使低溫側冷凍循環運轉的狀態下，使由階式熱交換器溫度檢測部檢測到的溫度上升至規定溫度，從低溫側冷凍循環的壓縮機向階式熱交換器蓄熱後，進行低溫側蒸發器的除霜。階式熱交換器溫度檢測部檢測的溫度為接近低溫側冷凍循環的冷凝溫度的值，能夠根據該檢測溫度推定低溫側高壓。規定溫度被設定為將低溫側冷凍循環的高壓上限值換算為飽和溫度的溫度以下的值。因此，無論在任何運轉條件下都能夠可靠地防止低溫側高壓超過低溫側冷凍循環的高壓上限的異常事態發生，並且由於利用比壓力檢測部廉價的溫度檢測部，所以能夠消減零件成本。第四發明的特徵在於，在上述控制部中，在判斷為從上述通常運轉向上述除霜運轉的轉移的情況下，使流過上述低溫側減壓裝置的上述低溫側製冷劑的流量減少。由此，在進行除霜運轉之前，使高溫側冷凍循環的壓縮機停止，且僅使低溫側冷凍循環運轉的狀態下，使流過低溫側減壓裝置的低溫側製冷劑的流量進一步減少，低溫側冷凍循環的冷凝溫度(低溫側高壓)的上升速度增加。
因此，能夠使從低溫側冷凍循環的壓縮機向階式熱交換器的蓄熱所需的時間縮短，因此可以縮短除霜時間。第五發明的特徵在於，在上述製冷劑-熱介質熱交換器連接有熱介質循環單元，使熱介質循環，並且在上述製冷劑-熱介質熱交換器中，具備上述高溫側製冷劑和上述熱介質進行熱交換的熱介質循環，在上述控制部，在判斷為從上述通常運轉向上述除霜運轉的轉移的情況下，通過上述熱介質循環單元使上述熱介質的流量減少。由此，在製冷劑-熱介質熱交換器中，由於熱介質的循環量少，所以能夠抑制高溫側冷凍循環的溫度降低，並且能夠正確地測量進入製冷劑-熱介質熱交換器的熱介質入口溫度。熱介質入口溫度為以熱介質循環的負荷為代表的值，能夠基於該溫度決定從除霜運轉轉移為通常運轉後的高溫側壓縮機的運轉頻率。因此，在除霜運轉中也能夠監視熱介質循環的負荷，因此，在除霜檢測單元判斷為從除霜運轉向通常運轉的轉移且啟動高溫側壓縮機時，可以預先適宜地設定作為目標的運轉頻率，並且高溫側冷凍循環的高壓可以迅速上升，可以提前向通常運轉的恢復。另外，可以消減除霜運轉中的熱介質循環單元的消耗能量。第六發明的特徵在於，在上述控制部判斷為從上述通常運轉向上述除霜運轉的轉移的情況下，使上述熱介質循環泵停止。由此，在高溫側冷凍循環的高溫側製冷劑的冷凝熱和在熱介質循環中循環的熱介質進行熱交換的製冷劑-熱介質熱交換器中，在停止了熱介質循環單元後，熱介質不流動，因此，高溫側冷凍的溫度不降低而被維持。因此，在除霜檢測單元判斷為從除霜運轉向通常運轉的轉移且啟動了高溫側壓縮機後，高溫側冷凍循環的高壓迅速上升，可以提早向通常運轉的恢復，並且可以消減除霜運轉中的熱介質循環單元的消耗能量。第七發明的特徵在於，在上述製冷劑-熱介質熱交換器連接有熱介質循環單元，使熱介質循環，在上述製冷劑-熱介質熱交換器中，具備上述高溫側製冷劑和上述熱介質進行熱交換的熱介質循環，在上述控制部中，在判斷為從上述除霜運轉向上述通常運轉的轉移的情況下，通過上述熱介質循環單元使上述熱介質的流量增加。由此，與從除霜運轉向通常運轉的轉移的同時，使熱介質循環的熱介質的流量返回通常運轉的流量的情況相比，通過熱介質，製冷劑-熱介質熱交換器的溫度降低的情況得以防止，高溫側冷凍循環的高壓迅速上升，能夠提早向通常運轉恢復。第八發明提供一種熱水生成裝置，其使用冷凍循環裝置，將上述熱介質設為水或防凍液，將由上述製冷劑-熱介質熱交換器加熱的上述水或上述防凍液用於供熱水和供暖的至少一方。由此，製冷劑-熱介質熱交換器不僅可以是製冷劑-空氣熱交換器，而且也可以是製冷劑-熱介質熱交換器，可以提高利用熱介質的自由度。下面，參照

本發明的實施方式。此外，本發明不受該實施方式限定。(實施方式I)圖1是本發明實施方式I的二元冷凍循環裝置的構成圖。二元冷凍循環裝置100由低溫側冷凍循環110、高溫側冷凍循環120、熱介質循環130、以及控制部140構成。低溫側冷凍循環110將吸入氣體狀態的低溫側製冷劑進行壓縮且噴出高溫高壓的低溫側製冷劑的低溫側壓縮機111、低溫側製冷劑和高溫側製冷劑進行熱交換的階式熱交換器112、調整低溫側製冷劑的流量的低溫側減壓裝置113、及從室外空氣取熱的空氣熱交換器(低溫側蒸發器)114按順序環狀連接而構成，使低溫側製冷劑循環。空氣熱交換器風扇115將室外空氣強制導入空氣熱交換114。低溫側製冷劑為在階式熱交換器112流過流路112a的構成。高溫側冷凍循環120將吸入氣體狀態的高溫側製冷劑進行壓縮並噴出高溫高壓的高溫側製冷劑的高溫側壓縮機121、高溫側製冷劑和水熱介質進行熱交換的製冷劑-熱介質熱交換器122、調整高溫側製冷劑的流量的高溫側減壓裝置123、階式熱交換器112按順序環狀連接而構成，使高溫側製冷劑循環。高溫側製冷劑為在階式熱交換器112中流過流路112b的構成。另外，高溫側製冷劑為在製冷劑-熱介質熱交換器122中流過流路122a的構成。低溫側減壓裝置113和高溫側減壓裝置123分別為將低溫側製冷劑、及高溫側製冷劑減壓使其膨脹的機構，使用可進行開度控制的電子式膨脹閥。熱介質循環130由製冷劑-熱介質熱交換器122和熱介質循環泵131構成，使熱介質循環。熱介質為在製冷劑力熱介質熱交換器122中流過流路122b的構成。低溫側冷凍循環110的低溫側製冷劑和高溫側冷凍循環120的高溫側製冷劑彼此獨立且不混合，但為能夠經由階式熱交換器112進行熱交換的構成。階式熱交換器112使用二重管式熱交換器或板式熱交換器。另外，高溫側冷凍循環120的高溫側製冷劑和熱介質循環130的熱介質彼此獨立且不混合，但為經由製冷劑-熱介質熱交換器122可進行熱交換的構成。製冷劑-熱介質熱交換器122使用二重管式熱交換器或板式熱交換器。由直流電源驅動的熱介質循環泵131具有葉輪。通過PWM控制該葉輪的轉速，可以變更熱介質循環130內的水熱介質的循環流量。在低溫側冷凍循環110中，在空氣熱交換器114的出口側的配管設置有檢測空氣熱交換器出口溫度Teo的空氣熱交換器出口溫度檢測傳感器(除霜檢測單元)116。而且，在低溫側壓縮機111的噴出側的配管上設置有檢測低溫側壓縮機111的噴出溫度的低溫側壓縮機噴出溫度檢測傳感器117、和檢測低溫側壓縮機111的噴出壓力的低溫側壓縮機噴出壓力檢測傳感器(低溫側高壓檢測單元)118。另外，在熱介質循環130中，設置有檢測流入製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122b的水熱介質恢復溫度Twi的水熱介質恢復溫度檢測傳感器(階式熱交換器溫度檢測單元)132。控制部140通過裝入計算機(未圖示)的控制程序從各檢測傳感器取得檢測值，進行低溫側壓縮機111和高溫側壓縮機121的運轉頻率、低溫側減壓裝置113和高溫側減壓裝置123的開度、空氣熱交換器風扇115的轉速、熱介質循環泵131的轉速的控制。控制部140判斷是否進行向將附著於空氣熱交換器114的霜融化的除霜運轉的轉移。向除霜運轉的轉移例如在將由室外溫度Tod決定的除霜開始判定溫度Tes和空氣熱交換器出口溫度Teo進行比較，在空氣熱交換器出口溫度Teo為除霜開始判定溫度Tes以下時進行判斷。除霜開始判定溫度Tes與室外溫度Tod成比例關係，例如在Tod = 2°C時，Tes=-12。。。
其次，說明二元冷凍循環裝置100的動作。圖2是說明本發明第一實施方式的控制部的控制動作的流程圖。在啟動冷凍循環裝置的運轉(步驟001)進行通常運轉時(步驟002)，二元冷凍循環裝置100的控制部140為判斷是否滿足除霜開始條件，而持續監視空氣熱交換器出口溫度Teo (步驟003)。在未判斷出向除霜運轉轉移的情況下，繼續通常運轉。此外，通常運轉中的控制部140根據外氣溫度Tod和水介質恢復溫度Twi推定水介質的負荷，適宜設定高溫側壓縮機121和低溫側壓縮機111的運轉頻率。另外，控制部140以低溫側冷凍循環110和高溫側冷凍循環120成為最高效率的循環狀態調整低溫側減壓裝置113和高溫側減壓裝置123的開度。在步驟003，在判斷為向除霜運轉轉移的情況下，首先停止高溫側壓縮機121 (步驟004)。此時，低溫側壓縮機111繼續運轉。其次，在步驟004停止高溫側壓縮機121後，啟動對轉移至低溫側冷凍循環110的除霜時控制(步驟008)的時間進行管理的計時器Tm (步驟005)。計時器Tm定期(例如每時間Λ t)計數總計(步驟006)。在步驟004，在停止高溫側壓縮機121後，計時器Tm計數總計的期間，階式熱交換器112內的流路112b的高溫側製冷劑幾乎不流動，不能將在階式熱交換器112內的流路112a流動的低溫側製冷劑的冷凝熱吸收。因此，在階式熱交換器112內的流路112a流動的低溫側製冷劑的溫度上升，從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112進行蓄熱。控制部140在計時器Tm為規定時間Tms以上時(步驟007)，轉移到使附著於空氣熱交換器114的霜融化的除霜運轉(步驟008)。在轉移到除霜運轉時，首先停止空氣熱交換器風扇115，將低溫側減壓裝置113的閥開度設為全開或打開至接近全開的狀態。此時，在驟007以前的低溫側減壓裝置113的閥開度小且直至全開的開度差大的情況下，也可以將低溫側減壓裝置113的開度分幾個階段打開。通過將低溫側減壓裝置113的閥開度設為全開，而可以將低溫側壓縮機111噴出的低溫側製冷劑通過階式熱交換器112內的流路112a、低溫側減壓裝置113到達空氣熱交換器114的能量損耗抑制在最小限度。另外，作為本實施方式的特徵的除霜運轉前的步驟004 步驟007中的從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112的蓄熱相比不進行蓄熱的情況，在除霜運轉開始時向空氣熱交換器114供給大量的熱，因此，進行除霜運轉的時間縮短。另外，在低溫側冷凍循環110中，在通過階式熱交換器112未放熱的狀態下，在低溫側減壓裝置113的閥開度設為全開的狀態下進行空氣熱交換器114的除霜時，冷凍循環的蒸發過程消失，因此，大量的液製冷劑返回到低溫側壓縮機111。因此，有低溫側壓縮機111吸入液製冷劑而將其壓縮的危險性，使得低溫側壓縮機111的耐久性存在問題。因此，在低溫側壓縮機111的入口側以即使液製冷劑返回也能夠應對的方式設置有具有足夠的容量的蓄積器119。另外，在將低溫側壓縮機111收納於密閉容器且向密閉容器內放出噴出製冷劑的高壓殼型的壓縮機的情況下，如果繼續上述的除霜運轉，則噴出溫度逐漸降低，接著噴出製冷劑放出到密閉容器內之後冷卻、液化。而且，液化的製冷劑與貯留於密閉容器下部的壓縮機潤滑油混合，存在一同被放出到密閉容器外的危險性。
這在壓縮機的噴出製冷劑的過熱度不充分的情況下引起，由於壓縮機潤滑油向密閉容器外放出，所以壓縮機內陷入潤滑油不足，低溫側壓縮機111的耐久性存在深刻的問題。為應對這種情況，除霜運轉中的控制部140在將低溫側減壓裝置113設為全開後，監視低溫側壓縮機111的噴出製冷劑的過熱度。控制部140使低溫側減壓裝置113的開度減小，或者降低低溫側壓縮機111的頻率，使過熱度不會從規定值降低例如5度(5deg)。此外，低溫側壓縮機111的噴出製冷劑的過熱度根據由低溫側壓縮機噴出溫度檢測傳感器117檢測到的噴出溫度和利用由低溫側壓縮機噴出壓力檢測傳感器118檢測到的噴出壓力換算的飽和溫度之差求出。另外，改變噴出壓力也可以在階式熱交換器112內的製冷劑流路112a設置溫度檢測傳感器，以由該溫度傳感器檢測的值作為飽和溫度來計算過熱度。當空氣熱交換器114的霜開始融化時，空氣熱交換器出口溫度Teo開始上升。控制部140在空氣熱交換器出口溫度Teo達到除霜結束判定溫度Tee時，判斷空氣熱交換器114的霜完全融化(步驟009)，啟動空氣熱交換器風扇115和高溫側壓縮機121，返回通常運轉。此外，除霜結束判定溫度Tee優選為5 10°C。如上，在本實施方式中，控制部140在判斷為向除霜運轉的轉移的情況下，僅停止高溫側壓縮機121，在經過了規定時間後，轉移到除霜運轉。即，不使高溫側冷凍循環120的製冷劑路徑逆轉來進行除霜運轉，因此，在製冷劑-熱介質熱交換器122中水熱介質不會發生冷卻凍結。另外，在進行除霜運轉之前，停止高溫側冷凍循環120的高溫側壓縮機121，成為僅低溫側壓縮機111運轉規定時間的狀態。因此，在階式熱交換器112中，低溫側冷凍循環110的冷凝溫度(低溫側高壓)上升，從低溫側冷凍循環110的低溫側壓縮機111向階式熱交換器112蓄熱。因此，轉移到除霜運轉時，將蓄熱了的高溫的低溫側製冷劑向空氣熱交換器114供給進行除霜，因此，能夠縮短除霜時間，能夠實現二元冷凍循環裝置100的運轉效率的提聞。(實施方式2)圖3是說明本發明第二實施方式的控制部的控制動作的流程圖。此外，在本實施方式中，二元冷凍循環裝置100的構成與圖1相同，所以省略該構成要素的說明。圖3相比圖2，為沒有步驟005 步驟007，代替其加入了步驟010的流程。其它處理與圖2相同，所以在本實施方式中主要說明步驟010的動作。控制部140在步驟003中判斷為向除霜運轉的轉移時，在下一步驟004停止高溫側壓縮機121。於是，與第一實施方式相同，在階式熱交換器112內的流路112a流動的低溫側製冷劑的溫度急劇上升，從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112進行蓄熱。但是，如果在這樣的狀態下繼續運轉，則低溫側冷凍循環110的高壓(低溫側高壓)繼續上升，可能超過在低溫側冷凍循環110設定的上限壓力。因此，控制都140在步驟010中監視低溫側噴出壓力檢測傳感器118檢測的噴出壓力Phi。該噴出壓力Phl成為規定壓力PO以上時，轉移到步驟008的除霜運轉。此外，該規定壓力PO為在低溫側冷凍循環110設定的上限壓力以下的值。開始除霜運轉後，如第一實施方式所述，控制部140將低溫側減壓裝置113設為全開、或打開至接近全開的狀態，因此，低溫側高壓一口氣降低，不會超過上限壓力。此外，在本實施方式中，為檢測低溫側高壓，使用低溫側噴出壓力檢測傳感器118檢測的噴出壓力，但不限於此。例如也可以使用設於階式熱交換器112和低溫側減壓裝置113之間的壓力檢測傳感器的檢測值。如上，在本實施方式中，在進行除霜運轉之前，高溫側壓縮機121停止且僅低溫側冷凍循環110運轉的狀態下，使低溫側高壓上升至規定值，從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112進行蓄熱，之後進行空氣熱交換器114的除霜。因此，轉移到除霜運轉後，將蓄熱了的高溫的低溫側製冷劑向空氣熱交換器114供給進行除霜，因此，可以縮短除霜時間，而且，在任何運轉條件下都能夠可靠地防止低溫側高壓超過低溫側冷凍循環的高壓上限的異常事態。(實施方式3)圖4是說明本發明第三實施方式的控制部的控制動作的流程圖。此外，在本實施方式中，二元冷凍循環裝置100的構成與圖1相同，所以省略其構成要素的說明。圖4相比圖3 (第二實施方式)，為沒有步驟101，代替之加入了步驟011的流程。其它處理與圖3相同，所以在本實施方式中主要說明步驟011的動作。控制部140在步驟003中判斷為向除霜運轉的轉移時，在下一步驟004停止高溫側壓縮機121。於是，與第一實施方式相同，在階式熱交換器112內的流路112a流動的低溫側製冷劑的溫度急劇上升，從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112進行蓄熱。但是，如果在這種狀態下繼續運轉，則低溫側冷凍循環110的高壓(低溫側高壓〉繼續上升，可能超過在低溫側冷凍循環110設定的上限壓力。因此，控制部140在步驟011中監視設置於階式熱交換器112的流路112a的階式熱交換器溫度檢測傳感器(未圖示)的檢測溫度Thl。該檢測溫度Thl為接近低溫側冷凍循環110的冷凝溫度的值，可根據該檢測溫度Thl推測低溫側高壓。而且，在階式熱交換器溫度檢測傳感器的檢測溫度Thl成為規定溫度TO以上時，轉移到步驟008的除霜運轉。此外，該規定溫度TO為根據在低溫側冷凍循環110設定的上限壓力換算的飽和溫度以下的值。當開始除霜運轉時，如第一實施方式所述，控制部140將低溫側減壓裝置113設為全開或打開至接近全開的狀態，因此，低溫側高壓一口氣降低，不會超過上限壓力。如上，在本實施方式中，在進行除霜運轉之前，停止高溫側壓縮機121且僅使低溫側冷凍循環110運轉的狀態下，使由階式熱交換器溫度檢測傳感器檢測的溫度上升至規定溫度T0，在從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112蓄熱後，進行空氣熱交換器114的除霜。因此，在轉移到除霜運轉時，將蓄熱了的高溫的低溫側製冷劑向空氣熱交換器114供給進行除霜，因此能夠縮短除霜時間。另外，在任何運轉條件下都能夠可靠地防止低溫側高壓超過低溫側冷凍循環的高壓上限的異常事態。另外，由於利用比壓力檢測傳感器廉價的溫度檢測傳感器，所以可以消減零件成本。
(實施方式4)圖5是說明本發明第四實施方式的控制部的控制動作的流程圖。此外，在本實施方式中，二元冷凍循環裝置100的構成與圖1相同，所以省略其構成要素的說明。圖5相比圖3 (第二實施方式)，為在步驟004和步驟010之間加入了步驟012的流程。其它處理與圖3相同，所以在本實施方式中主要說明步驟012的動作。控制部140在步驟003判斷為向除霜運轉的轉移時，在下一步驟004停止高溫側壓縮機121。而且，在步驟012中減小低溫側減壓裝置113的開度。於是，與第一 第三實施方式相同，在階式熱交換器112內的流路112a流動的低溫側製冷劑的壓力及溫度上升，但這些上升速度特別加速了低溫側減壓裝置113的開度減小的量。即，從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112的蓄熱所需的時間在本實施方式中比第一 第三實施方式的短。此外，對於在步驟012中的低溫側減壓裝置113的開度設定而言，可以是從步驟004以前的開度減小規定開度的相對值控制，和通過外氣溫度等運轉條件設為預先決定的開度的絕對值控制的任一個。低溫側噴出壓力檢測傳感器118檢測的噴出壓力Phl為規定壓力PO以上，向步驟008的除霜運轉轉移後的動作與實施方式2相同。如上，在本實施方式中，在進行除霜運轉之前，使高溫側壓縮機121停止且僅使低溫側冷凍循環Iio運轉的狀態下，進一步減小低溫側減壓裝置113的開度。而且，使低溫側高壓迅速上升至規定壓力，在從低溫側壓縮機111向階式熱交換器112進行蓄熱後，進行空氣熱交換器114的除霜。因此，可以將蓄熱所需的時間設為比第一 第三實施方式的更短，可以縮短除霜時間。(實施方式5)圖6是說明本發明第五實施方式的控制部的控制動作的流程圖。此外，在本實施方式中，二元冷凍循環裝置100的構成與圖1相同，所以省略其構成要素的說明。圖6相比圖5 (第四實施方式)，為在步驟012和步驟010之間加入了步驟013且在步驟009之後加入了步驟0014和步驟0015的流程。其它處理與圖5相同，所以在本實施方式中主要說明熱介質循環130中的控制熱介質循環泵131的步驟013及步驟015的動作。控制部140在步驟003判斷為向除霜運轉轉移時，在下一步驟004停止高溫側壓縮機121，進而在步驟012減小低溫側減壓裝置113的開度。於是，與第四實施方式相同，在階式熱交換器112內的流路112a流動的低溫側製冷劑的壓力及溫度急劇上升。此時，製冷劑-熱介質熱交換器122的高溫側製冷劑的溫度與通常運轉時的高溫側製冷劑的冷凝溫度相同，為65 80°C左右。另外，水熱介質恢復溫度Twi在冷凍循環裝置100啟動後不到I小時等負荷未充分變溫的狀態下，降低至20 30°C左右。因此，當在該狀態下繼續水熱介質的循環時，因返回製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122b的低溫的水熱介質而使得滯留於製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122a的高溫側製冷劑逐漸被冷卻。除霜運轉的時間通常為6 10分鐘左右，因此，在除霜運轉中，製冷劑-熱介質熱交換器122的高溫側製冷劑的溫度被冷卻至接近水熱介質恢復溫度Twi的溫度，根據情況降低30°C以上。當在該狀態下從除霜運轉轉移到通常運轉時，使其再次上升至通常運轉時的高溫側製冷劑的冷凝溫度(65 80°C左右)，所以需要時間。因此，本實施方式的控制部140在減小低溫側減壓裝置113的開度的步驟012之後緊接著的在步驟013中停止熱介質循環130的熱介質循環泵131，防止貯留於製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122a的高溫側製冷劑的溫度降低。此外，在本實施方式中，停止熱介質循環130的熱介質循環泵131的步驟013置於停止高溫側壓縮機121的步驟004和減小低溫側減壓裝置113的開度的步驟012之後，但即使與步驟004或步驟012同時進行處理，其效果也相同。其次，控制部140在低溫側噴出壓力檢測傳感器118檢測的噴出壓力Phl成為規定壓力PO以上時(步驟010)，轉移到步驟008的除霜運轉。經過6 10分鐘的除霜運轉，空氣熱交換器出口溫度Teo達到除霜結束判定溫度Tee時，判斷為空氣熱交換器114的霜完全融化(步驟009)，啟動高溫側壓縮機121 (步驟014)。停止的熱介質循環泵131的運轉在啟動高溫側壓縮機121後開始(步驟015)。在啟動高溫側壓縮機121 (步驟014)的同時，啟動熱介質循環泵131時，在除霜運轉中在熱介質循環130內冷卻的水熱介質流入製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122b,能夠防止在高溫側壓縮機121啟動後的製冷劑-熱介質熱交換器122的高溫側製冷劑的溫度上升需要時間。在啟動了高溫側壓縮機121(步驟014)後，直至啟動熱介質循環泵131(步驟015)，可以是經過了預先設定的規定時間後，和設置於製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122a的溫度檢測傳感器(未圖示)成為規定溫度以上後的任一時間。如上，在本實施方式中，在控制部140判斷為從通常運轉向除霜運轉的轉移的情況下，在停止了高溫側壓縮機121後，在熱介質循環130中停止熱介質循環泵131。因此，在製冷劑-熱介質熱交換器122中，高溫側製冷劑不與水熱介質繼續進行熱交換，而維持其溫度。另外，在除霜運轉結束時，在啟動了聞溫側壓縮機121後，啟動熱介質循環慄131,因此，在直至熱介質循環泵131啟動的期間，通過熱介質，冷卻製冷劑-熱介質熱交換器122的高溫側製冷劑的情況不會發生，其溫度迅速上升。因此，在除霜運轉結束後，高溫側冷凍循環120的高壓迅速上升，能夠提早向通常運轉的回覆，並且能夠消減除霜運轉中的熱介質循環泵131的消耗能量。另外，在本實施方式中，在步驟013停止熱介質循環130的熱介質循環泵131，但是也可以使熱介質循環泵131的轉速例如降低至通常運轉的5 20%。在該情況下，防止滯留於製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122a的高溫側製冷劑的溫度降低的效果、消減除霜運轉中的熱介質循環泵131的消耗能量的效果減小。但是，即使在除霜運轉中，也能夠正確地測量流入到製冷劑-熱介質熱交換器122的流路122b的水熱介質恢復溫度Twi。水熱介質恢復溫度Twi是以熱介質循環130的負荷為代表的值。能夠基於水熱介質恢復溫度Twi正確地決定從除霜運轉向通常運轉轉移後的高溫側壓縮機121的運轉頻率。即，能夠在除霜運轉結束後，以與熱介質循環130的負荷相吻合的適宜的運轉頻率恢復通常運轉。工業上的可利用性如上所述，本發明的冷凍循環裝置的運轉可靠性高，並且除霜時間短且運轉效率高，因此，能夠適用於空調、熱水生成裝置中。
權利要求
1.一種冷凍循環裝置，其特徵在於，具備: 將低溫側壓縮機、階式熱交換器、低溫側減壓裝置、低溫側蒸發器按順序環狀連接，使低溫側製冷劑循環的低溫側冷凍循環； 將高溫側壓縮機、製冷劑-熱介質熱交換器、高溫側減壓裝置、所述階式熱交換器按順序環狀連接，使高溫側製冷劑循環，並且在所述階式熱交換器中使所述低溫側製冷劑和所述高溫側製冷劑進行熱交換的高溫側冷凍循環； 檢測所述低溫側蒸發器的結霜狀態的除霜檢測單元； 判斷從通常運轉向融化所述低溫側蒸發器的霜的除霜運轉的轉移及從所述除霜運轉向所述通常運轉的轉移的控制部，其中， 在所述控制部，在通過所述除霜檢測單元的檢測判斷為從所述通常運轉向所述除霜運轉的轉移的情況下，繼續所述低溫側壓縮機的運轉，停止所述高溫側壓縮機的運轉，轉移到所述除霜運轉。
2.如權利要求1所述的冷凍循環裝置，其特徵在於: 具備檢測所述低溫側冷凍循環的壓力的低溫側高壓檢測單元， 在所述控制部，在判斷為從所述通常運轉向所述除霜運轉的轉移的情況下，在所述低溫側高壓檢測單元檢測到的所述壓力超過規定高壓後，轉移到所述除霜運轉。
3.如權利要求1所述的冷凍循環裝置，其特徵在於: 具備檢測所述階式熱交換器的溫度的階式熱交換器溫度檢測單元， 在所述控制部，在判斷為從所`述通常運轉向所述除霜運轉的轉移的情況下，在所述階式熱交換器溫度檢測單元檢測到的所述溫度超過規定溫度後，轉移至所述除霜運轉。
4.如權利要求1 3中任一項所述的冷凍循環裝置，其特徵在於: 在所述控制部，在判斷為從所述通常運轉向所述除霜運轉的轉移的情況下，使流過所述低溫側減壓裝置的所述低溫側製冷劑的流量減少。
5.如權利要求1 4中任一項所述的冷凍循環裝置，其特徵在於: 在所述製冷劑-熱介質熱交換器連接有熱介質循環單元，使熱介質循環，並且在所述製冷劑-熱介質熱交換器中，具備所述高溫側製冷劑和所述熱介質進行熱交換的熱介質循環， 在所述控制部，在判斷為從所述通常運轉向所述除霜運轉的轉移的情況下，通過所述熱介質循環單元使所述熱介質的流量減少。
6.如權利要求5所述的冷凍循環裝置，其特徵在於: 在所述控制部判斷為從所述通常運轉向所述除霜運轉的轉移的情況下，使所述熱介質循環泵停止。
7.如權利要求1 4中任一項所述的冷凍循環裝置，其特徵在於: 在所述製冷劑-熱介質熱交換器連接有熱介質循環單元，使熱介質循環，在所述製冷劑-熱介質熱交換器中，具備所述高溫側製冷劑和所述熱介質進行熱交換的熱介質循環， 在所述控制部，在判斷為從所述除霜運轉向所述通常運轉的轉移的情況下，通過所述熱介質循環單元使所述熱介質的流量增加。
8.一種熱水生成裝置，其使用權利要求5 7中任一項所述的冷凍循環裝置，該熱水生成裝置的特徵在於:將所述熱介質設為水或防凍液，將由所述製冷劑-熱介質熱交換器加熱後的所述水或所述防凍液用於供熱水和制 熱的至少一方。
全文摘要
本發明提供一種冷凍循環裝置，其特徵在於具備低溫側冷凍循環(110)和高溫側冷凍循環(120)，且具備檢測低溫側冷凍循環(110)的低溫側蒸發器(114)的結霜狀態的除霜檢測單元(116)，在向將低溫側蒸發器(114)的霜融化的除霜運轉進行轉移的情況下，繼續低溫側冷凍循環(110)的低溫側壓縮機(111)的運轉，停止高溫側冷凍循環(120)的高溫側壓縮機(121)的運轉，轉移到除霜運轉，其中，在轉移到除霜運轉時，將該蓄熱了高溫的低溫側製冷劑向低溫側蒸發器(114)供給來進行除霜，由此能夠縮短除霜時間，能夠實現冷凍循環的運轉效率的提高。
文檔編號F25B47/02GK103105026SQ20121045918
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者松井大, 森脅俊二, 青山繁男 申請人:松下電器產業株式會社