熱泵系統(tǒng)及熱泵式供熱水機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種串聯(lián)連接有兩個獨立的壓縮機的二級壓縮式的熱栗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]以節(jié)能為目的進行著供熱水系統(tǒng)的熱栗化。
[0003]作為其制冷劑系統(tǒng)，已知有如下二級壓縮制冷循環(huán)，其具備串聯(lián)連接有低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機的制冷劑回路，利用該制冷劑回路使制冷劑循環(huán)(例如，專利文獻I?3)0
[0004]以往技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I:日本特開平5-93552號公報
[0007]專利文獻2:日本特開平6-2966號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2009-168330號公報
[0009]發(fā)明的概要
[0010]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0011]為了使二級壓縮制冷循環(huán)始終在效率良好的狀態(tài)下進行運行，需要使低級側(cè)及高級側(cè)的兩個壓縮機分別以獨立的轉(zhuǎn)速進行運行。因此，成為最大的課題的是控制兩個壓縮機中分別所含的制冷機油的油位水平。與在I個殼體的內(nèi)部搭載有低級側(cè)及高級側(cè)的兩個壓縮機構(gòu)的壓縮機不同，當(dāng)串聯(lián)連結(jié)兩個獨立的壓縮機時，為了使兩個壓縮機穩(wěn)固地運行，需要在兩個壓縮機之間將制冷機油的量保持為適當(dāng)?shù)摹⒕鹊乃健?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行或進行復(fù)雜的運行操作而容易均等地保持兩個壓縮機的制冷機油的量的二級壓縮熱栗系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種具備該二級壓縮式熱栗系統(tǒng)的高效率的熱栗供熱水機。
[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:壓縮機構(gòu)，具備低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機，壓縮并吐出制冷劑；油分離器，設(shè)置于高級側(cè)壓縮機的吐出側(cè);第I熱交換器，使由壓縮機構(gòu)壓縮的制冷劑與熱交換對象進行熱交換;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行熱交換;均油路徑，連結(jié)低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機，使制冷機油在低級側(cè)壓縮機與高級側(cè)壓縮機之間流通;主返回配管，連結(jié)油分離器與高級側(cè)壓縮機的吸入側(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構(gòu)，在使制冷劑依次流過低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機的二級壓縮路徑與僅流過低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機中的任意一個的一級壓縮路徑之間進行選擇性切換。
[0016]例如，若假想設(shè)定熱栗式的供熱水機，則由于設(shè)備的高壓壓力依賴于進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)進行確定，因此壓縮機的吸入側(cè)與吐出側(cè)的壓力差可能會因水溫而大幅變化。若在水-制冷劑熱交換器的入口水溫較低的狀態(tài)下進行二級壓縮運行，則低級側(cè)壓縮機與高級側(cè)壓縮機之間的差壓變小。根據(jù)該壓縮機間的差壓，確定返回的制冷機油的量。因此，本發(fā)明中，正在進行二級壓縮運行時，若低級側(cè)壓縮機與高級側(cè)壓縮機之間的差壓降低，則被切換成一級壓縮運行。
[0017]第一發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，若在處于已經(jīng)選擇了二級壓縮路徑的狀態(tài)時，滿足以下條件(I)?條件(3)中的任意一個，則制冷劑的路徑被切換成一級壓縮路徑。
[0018]條件(1):1XTR
[0019]TW:當(dāng)?shù)贗熱交換器的熱交換對象為水時，進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:低級側(cè)壓縮機的吸入壓力，Pm:高級側(cè)壓縮機的吐出壓力，規(guī)定值:APr1
[0022]條件(3): (Plo-Pli) < Δ Pr2
[0023]Pli:低級側(cè)壓縮機的吸入壓力，Plq:低級側(cè)壓縮機的吐出壓力，規(guī)定值:Λ Pr2
[0024]并且，第一發(fā)明的熱栗系統(tǒng)中，若選擇一級壓縮路徑，則制冷劑路徑切換機構(gòu)能夠通過打開回油用開閉閥，使來自油分離器的制冷機油不經(jīng)由高級側(cè)壓縮機而經(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，在低級側(cè)壓縮機、高級側(cè)壓縮機各自的制冷機油的量不足時，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)低級側(cè)壓縮機中的預(yù)測的制冷機油的量及高級側(cè)壓縮機中的預(yù)測的制冷機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)果求出的兩個壓縮機各自的油量，能夠在適當(dāng)?shù)臅r刻控制制冷機油。
[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行熱交換而對水進行加熱的水-制冷劑熱交換器的熱栗式供熱水機由于低級側(cè)壓縮機及高級側(cè)壓縮機的制冷機油的量得到確保，因此能夠穩(wěn)定地實現(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:壓縮機構(gòu)，具備低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機，壓縮并吐出制冷劑;第1熱交換器，由壓縮機構(gòu)壓縮的制冷劑與熱交換對象進行熱交換;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行熱交換;均油配管，連結(jié)低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機，使制冷機油在低級側(cè)壓縮機與高級側(cè)壓縮機之間流通;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與使制冷劑從低級側(cè)壓縮機朝向高級側(cè)壓縮機流動的制冷劑配管中的檢測溫度T1及高級側(cè)壓縮機中的檢測溫度Τ2*的一個或兩個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)進行不穩(wěn)定的運行時，即使打開條件倶全，控制裝置也會指示繼續(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)高級側(cè)壓縮機的轉(zhuǎn)速小于預(yù)先規(guī)定的值時，無論制冷劑是否流過均油配管的判斷如何，控制裝置都會指示均油閥按一定時間交替重復(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行熱交換而對水進行加熱的水-制冷劑熱交換器的熱栗式供熱水機由于低級側(cè)壓縮機及高級側(cè)壓縮機的制冷機油的量得到確保，因此能夠穩(wěn)定地實現(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，無需停止低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機的運行，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現(xiàn)低級側(cè)壓縮機和高級側(cè)壓縮機中的制冷機油的均勻化。
[0037]并且，根據(jù)本申請的第二發(fā)明，無需停止壓縮機構(gòu)的運行，且能夠通過均油閥的開/閉這種簡單的操作來實現(xiàn)壓縮機構(gòu)之間的制冷機油的均勻化。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)生的壓縮機構(gòu)的損耗。
【附圖說明】
[0038]圖1是表示第I實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實施方式的熱栗系統(tǒng)的動作的圖，圖2(a)表示二級壓縮運行，圖2(b)表示一級壓縮運行。
[0040]圖3是表示利用兩個電磁閥進行圖1的熱栗系統(tǒng)的二級壓縮運行與一級壓縮運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)中附加有兩個油分離器的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0042]圖5是表示第2實施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0043]圖6表示第2實施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機的回路結(jié)構(gòu)，示出與圖5不同的運行模式。
[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實施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機的回路結(jié)構(gòu)的圖。
[0050]圖13是表示第4實施方式所涉及的熱栗式的供熱水/空調(diào)機的回路結(jié)構(gòu)的圖，示出與圖12不同的運行模式。
【具體實施方式】
[0051]以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0052][第I實施方式]
[0053]如圖1所示，第I實施方式所涉及的熱栗系統(tǒng)I具備:低級側(cè)壓縮機1a及高級側(cè)壓縮機10b，壓縮并吐出制冷劑;第I熱交換器11，使由高級側(cè)壓縮機1b壓縮的制冷劑與成為熱交換的對象的流體進行熱交換;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。本實施方式中，第I熱交換器11例如能夠作為通過與水進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具備如下切換低級側(cè)壓縮機1a與高級側(cè)壓縮機1b的連接狀態(tài)的四通切換閥14。即，四通切換閥14在制冷劑通過低級側(cè)壓縮機1a和高級側(cè)壓縮機1b這兩者的二級壓縮運行(二級壓縮路徑)與制冷劑僅通過低級側(cè)壓縮機1a但迂回高級側(cè)壓縮機1b的一級壓縮運行(一級壓縮路徑)之間進行切換。
[0055]并且，熱栗系統(tǒng)I具備用于均等地保持低級側(cè)壓縮機1a中所保持的制冷機油和高級側(cè)壓縮機I Ob中所保持的制冷機油的油量的均油機構(gòu)20。
[0056]熱栗系統(tǒng)I具備連結(jié)低級側(cè)壓縮機1a和高級側(cè)壓縮機1b的配管L1、連結(jié)高級側(cè)壓縮機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和低級側(cè)壓縮機1a的配管L4，由此構(gòu)成制冷劑循環(huán)的制冷劑回路。其中，對于低級側(cè)壓縮機1a而言，配管L4構(gòu)成吸入側(cè)配管，連結(jié)低級側(cè)壓縮機1a和高級側(cè)壓縮機1b的配管LI構(gòu)成中間壓力配管，對于高級側(cè)壓縮機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)低級側(cè)壓縮機1a的吐出側(cè)(配管LI)和高級側(cè)壓縮機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的低級側(cè)壓縮機1a的吐出側(cè)的連接端。四通切換閥14在使從低級側(cè)壓縮機1a吐出的制冷劑直接通過配管LI被吸入至高級側(cè)壓縮機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之間進行切換。通過該切換，實現(xiàn)二級壓縮路徑與一級壓縮路徑)之間的切換。
[0058]另外，有時不區(qū)分低級側(cè)壓縮機1a和高級側(cè)壓縮機1b而統(tǒng)稱為壓縮機構(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