專利名稱：冷凍循環(huán)裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
使用臭氧破壞系數(shù)為零并且地球溫室化系數(shù)也比氟利昂類格外小的二氧化碳(以下稱其為CO2)作為冷媒的冷凍循環(huán)裝置近年來受到注目，但是CO2冷媒，臨界溫度低達(dá)31.06℃，在利用比此溫度高的溫度的情況下，在冷凍循環(huán)裝置的高壓側(cè)(壓縮機(jī)出口～散熱器～減壓器入口)，成為不會出現(xiàn)CO2冷媒的冷凝的超臨界狀態(tài)，與現(xiàn)有的冷媒相比，冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率(COP)降低。所以，在使用CO2冷媒的冷凍循環(huán)裝置中，使COP提高的單元是重要的。
作為這種單元，提出了設(shè)置膨脹機(jī)代替減壓器，將膨脹時的壓力能作為動力回收的冷凍循環(huán)。此處，在將容積式的壓縮機(jī)和膨脹機(jī)通過一軸連接結(jié)構(gòu)的冷凍循環(huán)裝置中，在以壓縮機(jī)的氣缸容積為VC、膨脹機(jī)的氣缸容積為VE時，由VC/VE(設(shè)計(jì)容積比)來決定分別流過壓縮機(jī)、膨脹機(jī)的體積循環(huán)量的比。在將蒸發(fā)器出口的冷媒(流入壓縮機(jī)的冷媒)的密度作為DC、散熱器出口的冷媒(流入膨脹機(jī)的冷媒)的密度作為DE時，由于分別流過壓縮機(jī)、膨脹機(jī)的質(zhì)量循環(huán)量相等，“VC×DC＝VE×DE”，就是說，“VC/VE＝DE/DC”的關(guān)系成立。因?yàn)閂C/VE(設(shè)計(jì)容積比)是在機(jī)器設(shè)計(jì)時確定的常數(shù)，要使DE/DC(密度比)經(jīng)常保持一定，就要對冷凍循環(huán)進(jìn)行平衡。(以下將這一點(diǎn)稱為“密度比一定的制約”。)然而，因?yàn)槔鋬鲅h(huán)裝置的使用條件并不一定是一定的，在設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比和實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)中的密度比不同時，由于“密度比一定的制約”，很難調(diào)整成為最佳高壓側(cè)壓力。
于是，提出了通過設(shè)置使膨脹機(jī)分流的分流流路，通過控制流入膨脹機(jī)的冷媒量，調(diào)整為最優(yōu)的高壓側(cè)的結(jié)構(gòu)及控制方法(比如，參照專利文獻(xiàn)1(日本專利特開2000-234814號公報(bào))及專利文獻(xiàn)2(日本專利特開2001-116371號公報(bào)))。
發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述專利文獻(xiàn)中，記述了在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比小于設(shè)計(jì)容積比時，通過使冷媒流過使膨脹機(jī)分流的分流流路，可以調(diào)整為最佳高壓側(cè)壓力的構(gòu)成及控制方法，對于在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比大于設(shè)計(jì)容積比時，對于調(diào)整為最佳高壓側(cè)壓力的構(gòu)成及控制方法，沒有任何記述。另外，也沒有記述如何設(shè)定設(shè)計(jì)容積比的值為好。
此外，對于在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比小于設(shè)計(jì)容積比時，對于流過分流流路的冷媒量不能超過一定量的情況下，就是說，對于使設(shè)置于分流流路上的分流閥的開度變成最大的場合等等，如何做才好也沒有記述。因此，就產(chǎn)生在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比大于設(shè)計(jì)容積比時，或者對于分流閥的開度變得最大時等等，不能調(diào)整為最佳高壓側(cè)壓力使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率降低的問題。
所以，本發(fā)明的目的在于無論在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比大于還是小于設(shè)計(jì)容積比時，提供一種可以調(diào)整為最佳高壓側(cè)壓力的構(gòu)成及其控制方法，提高冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率(COP)。
另外，其目的在于提供一種在各種運(yùn)行狀態(tài)下可以具有效率良好的運(yùn)行的設(shè)計(jì)容積比的冷凍循環(huán)裝置。
本發(fā)明的第一技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；對流入上述膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥；以及基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述預(yù)減壓閥的操作器。
本發(fā)明的第二技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；以及基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速的操作器。
本發(fā)明的第三技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和對從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；向上述蒸發(fā)器送風(fēng)的風(fēng)扇；以及基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的操作器。
本發(fā)明的第四技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比之中最大的值大致一致。
本發(fā)明的第五技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述散熱器的出口的冷媒密度為最大的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
本發(fā)明的第六技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述蒸發(fā)器的周圍溫度最低、并且流入上述散熱器的水溫最低、并且從上述散熱器流出的熱水溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
本發(fā)明的第七技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，使用二氧化碳作為冷媒并作為熱水機(jī)進(jìn)行使用，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于10。
本發(fā)明的第八技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在向上述蒸發(fā)器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且向上述散熱器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且從上述散熱器吹出的空氣溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
本發(fā)明的第九技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，使用二氧化碳作為冷媒并作為空調(diào)機(jī)進(jìn)行使用，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于8。
本發(fā)明的第十技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置的控制方法，在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；以及對流入上述膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥的冷凍循環(huán)裝置中，其特征在于基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述預(yù)減壓閥。
本發(fā)明的第十一技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置的控制方法，在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥的冷凍循環(huán)裝置中，其特征在于基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的第十二技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置的控制方法，在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；以及向上述蒸發(fā)器送風(fēng)的風(fēng)扇的冷凍循環(huán)裝置中，其特征在于基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的第十三技術(shù)方案所述的冷凍循環(huán)裝置，具有將輔助壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)通過一根軸連接的同時，壓縮冷媒的壓縮機(jī)構(gòu)；將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒進(jìn)行再壓縮的輔助壓縮機(jī)構(gòu)；冷卻從上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒的散熱器和加熱從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥。
本發(fā)明的第十四技術(shù)方案的特征在于還包括對流入上述膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥。
本發(fā)明的第十五技術(shù)方案所述的特征在于還包括基于該冷凍循環(huán)裝置的排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述預(yù)減壓閥的操作器。
本發(fā)明的第十六技術(shù)方案的特征在于使上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下上述散熱器和上述壓縮機(jī)構(gòu)的各個出口冷媒密度的比之中最大的值大致一致。
本發(fā)明的第十七技術(shù)方案的特征在于使上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述散熱器的出口的冷媒密度為最大的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述壓縮機(jī)構(gòu)的各個出口冷媒密度的比大致一致。
本發(fā)明的第十八技術(shù)方案的特征在于使上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述蒸發(fā)器的周圍溫度最低、并且流入上述散熱器的水溫最低、并且從上述散熱器流出的熱水溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
本發(fā)明的第十九技術(shù)方案的特征在于在使用二氧化碳作為冷媒的作為熱水機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)定上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于4。
本發(fā)明的冷凍循環(huán)裝置及其控制方法，即使是在使用由于密度比一定的制約而難以調(diào)整成為最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中；也可以在幅度寬的運(yùn)行范圍中得到高動力回收效果、可進(jìn)行高效運(yùn)行的冷凍循環(huán)裝置及其控制方法。
圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為示出本發(fā)明的實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置的控制方法的流程圖。
圖3為示出本發(fā)明的實(shí)施例1的控制單元的關(guān)聯(lián)的模式圖。
圖4為示出本發(fā)明的實(shí)施例2的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為示出本發(fā)明的實(shí)施例2的冷凍循環(huán)裝置的控制方法的流程圖。
圖6為示出本發(fā)明的實(shí)施例3的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為示出本發(fā)明的實(shí)施例3的冷凍循環(huán)裝置的控制方法的流程圖。
圖8為示出本發(fā)明的實(shí)施例3的控制單元的關(guān)聯(lián)的模式圖。
圖9為示出本發(fā)明的實(shí)施例4的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖10為示出本發(fā)明的實(shí)施例4的冷凍循環(huán)裝置的控制方法的流程圖。
圖11為示出本發(fā)明的實(shí)施例4的控制單元的關(guān)聯(lián)的模式圖。
圖12為示出本發(fā)明的實(shí)施例5的密度比和COP比的相關(guān)圖。
圖13為示出本發(fā)明的實(shí)施例5的密度比和冷媒密度的相關(guān)圖。
圖14為示出本發(fā)明的實(shí)施例6的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖15為示出本發(fā)明的實(shí)施例6的密度比和COP比的相關(guān)圖。
圖16為示出本發(fā)明的實(shí)施例6的密度比和冷媒密度的相關(guān)圖。
圖17為示出本發(fā)明的實(shí)施例7的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖18為示出本發(fā)明的實(shí)施例8的密度比和COP比的相關(guān)圖。
圖19為示出本發(fā)明的實(shí)施例8的密度比和冷媒密度的相關(guān)圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1的冷凍循環(huán)裝置具有使膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；設(shè)置于分流流路上的分流閥；使流入到膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒減壓的預(yù)減壓閥；以及基于排出溫度或過熱度控制分流閥和預(yù)減壓閥的操作器的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，無論是在密度比小于還是大于設(shè)計(jì)容積比時，都可以提供一種可以通過分流閥和預(yù)減壓閥的開度操作調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力的、可以在寬幅度范圍內(nèi)不使運(yùn)行效率及能力降低進(jìn)行運(yùn)行的冷凍循環(huán)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式2的冷凍循環(huán)裝置具有使膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；設(shè)置于分流流路上的分流閥；以及基于排出溫度或過熱度控制分流閥和驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速的操作器的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，可以通過對分流閥的開度和驅(qū)動源的驅(qū)動轉(zhuǎn)速的操作在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，并且即使是在分流閥的開度為全開的場合，由于通過對驅(qū)動源的驅(qū)動轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作，可以調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，所以可以在寬幅度范圍內(nèi)不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式3的冷凍循環(huán)裝置具有使膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；設(shè)置于分流流路上的分流閥；向蒸發(fā)器送風(fēng)的風(fēng)扇；以及根據(jù)排出溫度或過熱度控制分流閥和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的操作器的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，可以通過對分流閥的開度和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的操作在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，并且即使是在分流閥的開度為全開的場合，由于通過對風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作，可以調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，所以可以在寬幅度范圍內(nèi)不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式4的冷凍循環(huán)裝置，為使壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下散熱器和蒸發(fā)器各個的出口冷媒密度的比之中最大的值大致一致的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式5的冷凍循環(huán)裝置，為使壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下散熱器的出口.的冷媒密度為最大的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的散熱器和蒸發(fā)器各個的出口冷媒密度的比大致一致的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式6的冷凍循環(huán)裝置，為使壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與蒸發(fā)器的周圍溫度最低、并且流入散熱器的水溫最低、并且從散熱器流出的熱水溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的散熱器和蒸發(fā)器各自的出口冷媒密度的比大致一致的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式7的冷凍循環(huán)裝置，為使壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于10的裝置。在冷凍循環(huán)裝置是熱水機(jī)的場合，根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的熱水機(jī)的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式8的冷凍循環(huán)裝置，為壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在向蒸發(fā)器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且向散熱器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且從散熱器吹出的空氣溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的散熱器和蒸發(fā)器各自的出口冷媒密度的比大致一致的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式9的冷凍循環(huán)裝置，為使壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于8的裝置。在冷凍循環(huán)裝置是空調(diào)機(jī)的場合，根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以提高減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的空調(diào)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式10的冷凍循環(huán)裝置的控制方法，為在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；對從膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；將膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在分流流路上設(shè)置的分流閥；以及對流入膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥的冷凍循環(huán)裝置中，基于排出溫度或過熱度控制分流閥和預(yù)減壓閥的控制方法。根據(jù)本實(shí)施方式，無論是在密度比小于或者大于設(shè)計(jì)容積比時，都可以通過分流閥和預(yù)減壓閥的開度操作調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力的、可以在寬幅度范圍內(nèi)不使運(yùn)行效率及能力降低進(jìn)行運(yùn)行的冷凍循環(huán)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式11的冷凍循環(huán)裝置的控制方法，為在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；對從膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；將膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；以及在分流流路上設(shè)置的分流閥的冷凍循環(huán)裝置中，基于排出溫度或過熱度控制分流閥和驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速的控制方法。根據(jù)本實(shí)施方式，無論是在密度比小于或者大于設(shè)計(jì)容積比時，都可以通過對分流閥的開度和驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速的操作，調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，并且即使是在分流閥的開度為全開的場合，由于通過對驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作，可以調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，所以可以在寬幅度范圍內(nèi)在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式12的冷凍循環(huán)裝置的控制方法，為在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；對從膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；將膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在分流流路上設(shè)置的分流閥；以及向蒸發(fā)器送風(fēng)的風(fēng)扇的冷凍循環(huán)裝置中，基于排出溫度或過熱度控制分流閥和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的控制方法。根據(jù)本實(shí)施方式，無論是在密度比小于或者大于設(shè)計(jì)容積比時，都可以通過對分流閥的開度和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的操作，調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，并且即使是在分流閥的開度為全開的場合，由于通過對風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作，可以調(diào)整為所要求的高壓側(cè)壓力，所以可以在寬幅度范圍內(nèi)在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及容量降低的情況下運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式13的冷凍循環(huán)裝置在具有將輔助壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)通過一根軸連接的同時，將冷媒予以壓縮的壓縮機(jī)構(gòu)；對從壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒再進(jìn)行壓縮的輔助壓縮機(jī)構(gòu)；將從輔助壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和對從膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器的冷凍循環(huán)裝置中，具有把膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路和分流流路上設(shè)置的分流閥的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，由于密度比一定的制約，在使用很難維持最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，由于在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比的變化小，即使是與設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比不同，通過對分流閥的開度操作，也可以調(diào)整成為所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
本發(fā)明的實(shí)施方式14是在本發(fā)明的實(shí)施方式13的冷凍循環(huán)裝置中，具有使流入膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒減壓的預(yù)減壓閥的實(shí)施方式。根據(jù)本實(shí)施方式，無論是在密度比小于或者大于設(shè)計(jì)容積比時，都可以通過對分流閥和預(yù)減壓閥的開度操作，調(diào)整成為所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
本發(fā)明的實(shí)施方式15是在本發(fā)明的實(shí)施方式14的冷凍循環(huán)裝置中，具有基于該冷凍循環(huán)裝置的排出溫度或過熱度控制分流閥和預(yù)減壓閥的操作器的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，可以通過對分流閥和預(yù)減壓閥的開度操作，調(diào)整成為所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
本發(fā)明的實(shí)施方式16是在本發(fā)明的實(shí)施方式13的冷凍循環(huán)裝置中，使輔助壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下散熱器和壓縮機(jī)構(gòu)各自的出口冷媒密度的比之中最大的值大致一致的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
本發(fā)明的實(shí)施方式17是在本發(fā)明的實(shí)施方式13的冷凍循環(huán)裝置中，使輔助壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在散熱器出口的冷媒密度為最大的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的散熱器和壓縮機(jī)構(gòu)各自的出口冷媒密度的比大致一致的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
本發(fā)明的實(shí)施方式18是在本發(fā)明的實(shí)施方式13的冷凍循環(huán)裝置中，使輔助壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在蒸發(fā)器的周圍溫度最低、并且流入散熱器的水溫最低、并且從散熱器流出的熱水溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的散熱器和蒸發(fā)器各自的出口冷媒密度的比大致一致的裝置。根據(jù)本實(shí)施方式，即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
本發(fā)明的實(shí)施方式19是在本發(fā)明的實(shí)施方式13的冷凍循環(huán)裝置中，使用二氧化碳作為冷媒的作為熱水機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置的輔助壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于4的裝置。在冷凍循環(huán)裝置為具有輔助壓縮機(jī)構(gòu)的熱水機(jī)的場合，根據(jù)本實(shí)施方式，可以提供即使是運(yùn)行條件不同，通過使用盡可能不進(jìn)行預(yù)膨脹的容積比，也可以得到減小COP提高率的季節(jié)差，經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置。
下面參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例予以說明。
圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。另外，關(guān)于本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置，是以熱水機(jī)為例進(jìn)行說明。就是說，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施例的熱水機(jī)，也可以是空調(diào)機(jī)等等。
本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置，具有由壓縮機(jī)構(gòu)1、散熱器2、膨脹機(jī)構(gòu)3以及與由風(fēng)扇4送風(fēng)的外氣進(jìn)行熱交換的蒸發(fā)器5構(gòu)成的冷媒循環(huán)回路A和由給水泵6、散熱器2以及熱水供給罐7構(gòu)成的熱水供給循環(huán)回路B，在散熱器2中，利用由壓縮機(jī)構(gòu)1排出的冷媒對來自給水泵6的水進(jìn)行加熱成為熱水，并將該熱水貯存于熱水供給罐7的冷凍循環(huán)裝置(在本實(shí)施例的場合為熱水供給機(jī))。
壓縮機(jī)構(gòu)1由電動機(jī)等驅(qū)動源8驅(qū)動。此外，壓縮機(jī)構(gòu)1利用一根軸9與將壓力能變換為動力的膨脹機(jī)構(gòu)3(膨脹機(jī))相連接，利用膨脹機(jī)構(gòu)3的回收動力降低驅(qū)動源8的輸入。另外，冷媒循環(huán)回路A具有使膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10、調(diào)節(jié)流過分流流路10的流量的分流閥11及設(shè)置于散熱器2和膨脹機(jī)構(gòu)3的入口之間的對流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒進(jìn)行予減壓的予減壓閥12。封入二氧化碳(CO2)作為冷媒。另外，具有檢測壓縮機(jī)構(gòu)1的出口溫度(壓縮機(jī)構(gòu)的排出溫度)的排出溫度檢測單元20和基于排出溫度檢測單元20檢測的值計(jì)算分流閥11及予減壓閥12開度并進(jìn)行操作的第1操作器21。
下面，將壓縮機(jī)構(gòu)1的氣缸容積作為VC、將膨脹機(jī)構(gòu)3的氣缸容積作為VE、將蒸發(fā)器5的出口冷媒密度作為DC(壓縮機(jī)構(gòu)1的流入冷媒密度)、將散熱器2的出口冷媒密度作為DE(膨脹機(jī)構(gòu)3的流入冷媒密度)對于如上構(gòu)成的冷凍循環(huán)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時的動作予以說明。首先，對實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)大致與設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)同等的場合予以說明。
壓縮機(jī)構(gòu)1將冷媒一直壓縮到超過臨界壓力(高壓側(cè)壓力)。該被壓縮的冷媒，成為高溫高壓狀態(tài)，在流過散熱器2之際，對水散熱而受到冷卻。換言之，從熱水供給罐7的底部由給水泵6送入散熱器2的水流路的水，由流過散熱器2的冷媒流路的冷媒加熱。其后，冷媒由膨脹機(jī)構(gòu)3減壓而變成為氣液兩相狀態(tài)。在膨脹機(jī)構(gòu)3中冷媒的壓力能變換為動力，該動力傳遞到軸9。由于傳遞到此軸9的動力，使驅(qū)動源8的輸入減小。經(jīng)過膨脹機(jī)構(gòu)3減壓的冷媒，流入到蒸發(fā)器5，在此蒸發(fā)器5中，冷媒由空氣冷卻而成為氣液二相或氣體狀態(tài)。其后，變成氣液二相或氣體狀態(tài)的冷媒，再度吸入到壓縮機(jī)構(gòu)1。
下面對在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)與在設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)不同的情況予以說明。首先，對在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)大于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)的情況的動作予以說明。
在這種情況下，由于密度比一定的制約，為使散熱器2的出口(膨脹機(jī)構(gòu)3的入口)的冷媒密度(DE)變小，使冷凍循環(huán)在高壓側(cè)壓力減小的狀態(tài)下進(jìn)行平衡。但是，在高壓側(cè)壓力比所要求的壓力低的狀態(tài)下，排出溫度降低而使冷凍循環(huán)裝置的加熱能力降低并使冷凍循環(huán)裝置的效率降低。因此，如果分流閥11不是全閉狀態(tài)，向關(guān)閉方向操作分流閥11，使原來流入分流流路10的冷媒流入膨脹機(jī)構(gòu)3?；蛘?，如果分流閥11是全閉狀態(tài)，向關(guān)閉方向操作予減壓閥12，使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒減壓，使冷媒密度降低。通過這些動作，使高壓側(cè)壓力上升，因?yàn)榭梢哉{(diào)整到所希望的壓力，可以進(jìn)行高效率的運(yùn)行。
反之，對實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)小于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)時的動作予以說明。
在這種情況下，由于密度比一定的制約，為使散熱器2的出口(膨脹機(jī)構(gòu)3的入口)的冷媒密度(DE)變大，使冷凍循環(huán)在使高壓側(cè)壓力上升的狀態(tài)下進(jìn)行平衡。但是，在高壓側(cè)壓力比所要求的壓力上升的狀態(tài)下，冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率降低。因此，如果予減壓閥12不是全開狀態(tài)，向打開方向操作予減壓閥12，使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒不減壓而使冷媒密度上升?；蛘?，如果予減壓閥12是全開狀態(tài)，向打開方向操作分流閥11，使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒的一部分流入到分流流路10。通過這些動作，使高壓側(cè)壓力降低，因?yàn)榭梢哉{(diào)整到所希望的壓力，可以進(jìn)行高效率的運(yùn)行。
如上所述，在實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置中，由于密度比一定的制約，在使用難以維持最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)無論是小于還是大于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)時，都可以通過對分流閥11和予減壓閥12的開度的操作，調(diào)整到所希望的高壓側(cè)壓力，在不使運(yùn)行效率及能力降低的情況下提供可以運(yùn)行的冷凍循環(huán)裝置。
下面，作為分流閥11和予減壓閥12的具體的操作方法，對第1操作器21進(jìn)行的控制，根據(jù)圖2所示的流程圖予以說明。
在本實(shí)施例的控制中，利用高壓側(cè)壓力和排出溫度的相關(guān)關(guān)系，在測量上不必借助需要昂貴的傳感器進(jìn)行高壓側(cè)壓力檢測而利用可以比較便宜地進(jìn)行測量的排出溫度對分流閥分流閥11及予減壓閥12進(jìn)行控制。
即，在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行時，讀入來自排出溫度檢測單元20的檢測值(排出溫度Td)(步驟100)。將預(yù)先存儲于ROM等之中的目標(biāo)排出溫度(目標(biāo)Td)和在步驟100中讀入的排出溫度進(jìn)行比較(步驟110)。
在排出溫度低于目標(biāo)排出溫度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力低的傾向，首先，判定分流閥11是否為全閉(步驟120)。在分流閥11為全閉的情況下，向關(guān)閉方向操作予減壓閥12(步驟130)，使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒減壓，使冷媒密度降低，使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。另外，在分流閥11為未全閉的情況下，向關(guān)閉方向操作分流閥11(步驟140)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量減少，使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。
反之，在排出溫度高于目標(biāo)排出溫度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力高的傾向，首先，判定予減壓閥12是否為全開(步驟150)。在予減壓閥12為全開的情況下，向打開方向操作分流閥11(步驟160)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量增加，使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。另外，在予減壓閥12為未全開的情況下，向打開方向操作予減壓閥12(步驟170)，通過使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒不減壓，通過使冷媒密度不降低，使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。
在以上的步驟之后，返回到步驟100，以后通過重復(fù)從步驟100一直到步驟170，如圖3所示，對分流閥11和予減壓閥12進(jìn)行聯(lián)合控制。
如上所述，在實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置的控制方法中，由于密度比一定的制約，在使用難以維持最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，無論在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)小于還是大于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)時，通過基于排出溫度操作分流閥11及予減壓閥12的開度，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
另外，分流閥11、予減壓閥12為全開或全閉的判定，并不需要在物理上閥成為全開或全閉，考慮到閥的可靠性等等，也可通過成為接近預(yù)先確定的全開或全閉的最大開度或最小開度來判定。
另外，本實(shí)施例中說明的冷媒是二氧化碳(CO2)，但其他的冷媒，比如，R410A等也可以得到同樣的效果。
下面對本發(fā)明的實(shí)施例2的冷凍循環(huán)裝置予以說明。本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置與實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)大致相同，對于同樣的功能部件賦予同一符號并省略其說明。圖4為示出本發(fā)明的實(shí)施例2的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。另外，圖5為示出本發(fā)明的實(shí)施例2的冷凍循環(huán)裝置的控制方法的流程圖。
在本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置中，與實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置不同之處在于其構(gòu)成具有檢測從蒸發(fā)器5的入口起至出口間的溫度(蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度)的蒸發(fā)溫度檢測單元30、檢測壓縮機(jī)構(gòu)1的入口溫度(壓縮機(jī)構(gòu)1的吸入溫度)的吸入溫度檢測單元31以及從蒸發(fā)溫度檢測單元30和吸入溫度檢測單元31檢測到的值來計(jì)算過熱度(吸入溫度和蒸發(fā)溫度之差)，計(jì)算分流閥11及予減壓閥12的開度并進(jìn)行操作的第2操作器32代替實(shí)施例1的排出溫度檢測單元20及第1操作器21。
下面根據(jù)圖5所示的流程圖對第2操作器32進(jìn)行的控制予以說明。在本實(shí)施例的控制中，利用高壓側(cè)壓力和過熱度的相關(guān)關(guān)系，在測量上不必借助需要昂貴的傳感器進(jìn)行高壓側(cè)壓力的檢測而利用可以比較便宜地進(jìn)行測量的蒸發(fā)溫度和吸入溫度進(jìn)行計(jì)算的過熱度對分流閥分流閥11及予減壓閥12進(jìn)行控制。
即，在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行時，讀入來自蒸發(fā)溫度檢測單元30的檢測值(蒸發(fā)溫度Te)(步驟200)。并且，讀入來自吸入溫度檢測單元31的檢測值(吸入溫度Ts)(步驟210)。從這些讀入的檢測值計(jì)算作為吸入溫度和蒸發(fā)溫度之差的過熱度(SH)(步驟220)，將預(yù)先存儲于ROM等之中的目標(biāo)過熱度(目標(biāo)SH)和在步驟200中計(jì)算出的過熱度進(jìn)行比較(步驟230)。
在過熱度低于目標(biāo)過熱度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力低的傾向，首先，判定分流閥11是否為全閉(步驟240)。在分流閥11為全閉的場合，向關(guān)閉方向操作予減壓閥12(步驟250)，使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒減壓，使冷媒密度降低，使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。另外，在分流閥11為未全閉的場合，向關(guān)閉方向操作分流閥11(步驟260)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量減少，使高壓側(cè)壓力及過熱度上升。
反之，在過熱度高于目標(biāo)過熱度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力高的傾向，首先，判定予減壓閥12是否為全開(步驟270)。在予減壓閥12為全開的場合，向打開方向操作分流閥11(步驟280)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量增加，使高壓側(cè)壓力及過熱度降低。
另外，在予減壓閥12為未全開的場合，向打開方向操作予減壓閥12(步驟290)，通過使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒不減壓，使冷媒密度不降低，使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。
在以上的步驟之后，返回到步驟200，以后通過重復(fù)從步驟200一直到步驟290，對分流閥11和予減壓閥12進(jìn)行聯(lián)合控制。
如上所述，在實(shí)施例2的冷凍循環(huán)裝置及其控制方法中，由于密度比一定的制約，在使用難以維持最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，無論在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)小于還是大于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)的情況下，通過根據(jù)過熱度操作分流閥11及予減壓閥12的開度，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
另外，分流閥11、予減壓閥12為全開或全閉的判定，并不需要在物理上閥成為全開或全閉，考慮到閥的可靠性等等，也可通過成為接近預(yù)先確定的全開或全閉的最大開度或最小開度來判定。
另外，本實(shí)施例中說明的冷媒是二氧化碳(CO2)，但其他的冷媒，比如，R410A等也可以得到同樣的效果。
下面對本發(fā)明的實(shí)施例3的冷凍循環(huán)裝置予以說明。本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置與實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)大致相同，對于同樣的功能部件賦予同一符號并省略其說明。圖6為示出本發(fā)明的實(shí)施例3的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖7為示出本發(fā)明的實(shí)施例3的冷凍循環(huán)裝置的控制方法的流程圖。
在本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置中，與實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置不同之處在于其構(gòu)成不具有實(shí)施例1的予減壓閥12而具有基于排出溫度檢測單元20檢測到的值對驅(qū)動分流閥11及壓縮機(jī)構(gòu)1的驅(qū)動源8的轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作的第3操作器40。
下面根據(jù)圖7所示的流程圖對第3操作器40進(jìn)行的控制予以說明。與實(shí)施例1一樣，根據(jù)排出溫度進(jìn)行控制。
即，在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行時，讀入來自排出溫度檢測單元20的檢測值(排出溫度)(步驟300)。將預(yù)先存儲于ROM等之中的目標(biāo)排出溫度和在步驟300中讀入的排出溫度進(jìn)行比較(步驟310)。
在排出溫度低于目標(biāo)排出溫度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力低的傾向，首先，判定分流閥11是否為全閉(步驟320)。在分流閥11為全閉的場合，增加驅(qū)動源8的轉(zhuǎn)速(步驟330)。在驅(qū)動轉(zhuǎn)速加大時，從壓縮機(jī)構(gòu)1排出的冷媒的循環(huán)量增加，由于散熱器2、蒸發(fā)器5中的熱交換效率下降，在散熱器2的出口溫度上升、使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒密度降低的同時，蒸發(fā)器5的出口溫度降低，因?yàn)槲雺嚎s機(jī)構(gòu)1的冷媒密度增加，故密度比(DE/DC)降低。因此，可以得到與向關(guān)閉方向操作予減壓閥12同等的效果，可以使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。
另外，在分流閥11為未全閉的場合，判定驅(qū)動轉(zhuǎn)速是否小于預(yù)定的基準(zhǔn)值(步驟340)。在驅(qū)動轉(zhuǎn)速小于預(yù)定的基準(zhǔn)值時，因?yàn)樵诤笫龅牟襟E380中，認(rèn)為驅(qū)動轉(zhuǎn)速已經(jīng)減小，通過在一直到基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)，加大驅(qū)動轉(zhuǎn)速(步驟350)，降低密度比(DE/DC)，使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。另外，在驅(qū)動轉(zhuǎn)速是基準(zhǔn)值的場合，向關(guān)閉方向操作分流閥11(步驟360)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量減少，使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。
反之，在排出溫度高于目標(biāo)排出溫度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力高的傾向，首先，判定分流閥11是否為全開(步驟370)。在分流閥11為全開的場合，減小驅(qū)動源8的轉(zhuǎn)速(步驟380)。在驅(qū)動轉(zhuǎn)速減小時，從壓縮機(jī)構(gòu)1排出的冷媒的循環(huán)量減小，由于散熱器2、蒸發(fā)器5中的熱交換效率提高，在散熱器2的出口溫度下降、使流入膨脹機(jī)構(gòu)3的冷媒密度上升的同時，蒸發(fā)器5的出口溫度上升，因?yàn)槲雺嚎s機(jī)構(gòu)1的冷媒密度降低，故密度比(DE/DC)增加。因此，可以得到與向打開方向操作予減壓閥12同等的效果，可以使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。
另外，在分流閥11為未全開的場合，判定驅(qū)動轉(zhuǎn)速是否大于預(yù)定的基準(zhǔn)值(步驟390)。在驅(qū)動轉(zhuǎn)速大于預(yù)定的基準(zhǔn)值時，因?yàn)樵诓襟E330中，認(rèn)為驅(qū)動轉(zhuǎn)速已經(jīng)增加，通過在一直到基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)，減小驅(qū)動轉(zhuǎn)速(步驟400)，增加密度比(DE/DC)，使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。另外，在驅(qū)動轉(zhuǎn)速是基準(zhǔn)值的場合，向打開方向上操作分流閥11(步驟410)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量增加，使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。
在以上的步驟之后，返回到步驟300，以后通過重復(fù)從步驟300一直到步驟410，如圖8所示的那樣，對分流閥11和驅(qū)動源8的驅(qū)動轉(zhuǎn)速進(jìn)行聯(lián)合控制。
如上所述，在實(shí)施例3的冷凍循環(huán)裝置及其控制方法中，由于密度比一定的制約，在使用難以維持最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，無論在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)小于還是大于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)的情況下，通過基于排出溫度操作分流閥11的開度及驅(qū)動源8的驅(qū)動轉(zhuǎn)速，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力。
此外，如圖8所示，即使是在分流閥11的開度為全開的場合，由于通過對驅(qū)動源8的驅(qū)動轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
另外，在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1一樣是對基于排出溫度進(jìn)行控制的例子進(jìn)行了說明，但也可以與實(shí)施例2一樣基于過熱度進(jìn)行控制。此外，也可以將實(shí)施例1、2的予減壓閥12的開度操作與本實(shí)施例的驅(qū)動源8的驅(qū)動轉(zhuǎn)速操作組合實(shí)施。另外，在分流閥11為全開或全閉的判定，并不需要在物理上閥成為全開或全閉，考慮到閥的可靠性等等，也可通過成為接近預(yù)先確定的全開或全閉的最大開度或最小開度來判定。另外，本實(shí)施例中說明的冷媒是二氧化碳(CO2)，但其他的冷媒，比如，R410A等也可以得到同樣的效果。
下面對本發(fā)明的實(shí)施例4的冷凍循環(huán)裝置予以說明。本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置與實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)大致相同，對于同樣的功能部件賦予同一符號并省略其說明。圖9為示出本發(fā)明的實(shí)施例4的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖10為示出本發(fā)明的實(shí)施例4的冷凍循環(huán)裝置的控制方法的流程圖。
在本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置中，與實(shí)施例1的冷凍循環(huán)裝置不同之處在于其構(gòu)成不具有實(shí)施例1的予減壓閥12而具有基于排出溫度檢測單元20檢測到的值對驅(qū)動分流閥11及驅(qū)動風(fēng)扇4的驅(qū)動源(未圖示)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作的第4操作器50。
下面根據(jù)圖10所示的流程圖對第4操作器50進(jìn)行的控制予以說明。在本實(shí)施例的控制中，與實(shí)施例1一樣，基于排出溫度進(jìn)行控制。
即，在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行時，讀入來自排出溫度檢測單元20的檢測值(排出溫度)(步驟400)。將預(yù)先存儲于ROM等之中的目標(biāo)排出溫度和在步驟400中讀入的排出溫度進(jìn)行比較(步驟410)。
在排出溫度低于目標(biāo)排出溫度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力低的傾向，首先，判定分流閥11是否為全閉(步驟420)。在分流閥11為全閉的場合，增加風(fēng)扇4的轉(zhuǎn)速(步驟430)。因?yàn)橛捎谠陲L(fēng)扇轉(zhuǎn)速加大時，蒸發(fā)壓力(蒸發(fā)器5入口～壓縮機(jī)構(gòu)1入口的壓力)上升，蒸發(fā)器5的出口的冷媒密度上升，密度比(DE/DC)降低。因此，可以得到與向關(guān)閉方向操作予減壓閥12同等的效果，可以使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。
另外，在分流閥11為未全閉的場合，判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是否小于預(yù)定的基準(zhǔn)值(步驟440)。在風(fēng)扇轉(zhuǎn)速小于預(yù)定的基準(zhǔn)值時，因?yàn)樵诤笫龅牟襟E480中，認(rèn)為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速已經(jīng)減小，通過在一直到基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)，加大風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(步驟450)，降低密度比(DE/DC)，使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。另外，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是基準(zhǔn)值的場合，向關(guān)閉方向操作分流閥11(步驟460)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量減少，使高壓側(cè)壓力及排出溫度上升。
反之，在排出溫度高于目標(biāo)排出溫度時，由于高壓側(cè)壓力具有比最佳壓力高的傾向，首先，判定分流閥11是否為全開(步驟470)。在分流閥11為全開的場合，減小風(fēng)扇4的驅(qū)動轉(zhuǎn)速(步驟480)。因?yàn)橛捎谠陲L(fēng)扇轉(zhuǎn)速減小時，蒸發(fā)壓力降低，蒸發(fā)器5的出口的冷媒密度減小，密度比(DE/DC)增加。因此，可以得到與向打開方向操作分流閥11同等的效果，可以使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。
另外，在分流閥11為未全開的場合，判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是否大于預(yù)定的基準(zhǔn)值(步驟490)。在驅(qū)動轉(zhuǎn)速大于預(yù)定的基準(zhǔn)值時，因?yàn)樵诓襟E430中，認(rèn)為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速已經(jīng)增加，通過在一直到基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)，減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(步驟500)，增加密度比(DE/DC)，使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。另外，在驅(qū)動轉(zhuǎn)速是基準(zhǔn)值的場合，向打開方向操作分流閥11(步驟510)，使流入將膨脹機(jī)構(gòu)3分流的分流流路10的冷媒量增加，使高壓側(cè)壓力及排出溫度降低。
在以上的步驟之后，返回到步驟400，以后通過重復(fù)從步驟400一直到步驟510，如圖11所示的那樣，對分流閥11和風(fēng)扇4的轉(zhuǎn)速進(jìn)行聯(lián)合控制。
如上所述，在實(shí)施例4的冷凍循環(huán)裝置及其控制方法中，由于密度比一定的制約，在使用難以維持最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，無論在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)小于還是大于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)的情況下，通過基于過熱度操作分流閥11的開度及風(fēng)扇4的轉(zhuǎn)速，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力。
此外，如圖11所示，即使是在分流閥11的開度為全開的場合，由于通過對風(fēng)扇4的轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及能力降低的情況下運(yùn)行。
另外，在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1一樣是對基于排出溫度進(jìn)行控制的例子進(jìn)行說明，但也可以與實(shí)施例2一樣基于過熱度進(jìn)行控制。此外，也可以將實(shí)施例1、2的予減壓閥12的開度操作、實(shí)施例3的壓縮機(jī)構(gòu)11的驅(qū)動轉(zhuǎn)速操作及本實(shí)施例的風(fēng)扇4的轉(zhuǎn)速操作組合實(shí)施。另外，在分流閥11為全開或全閉的判定，并不需要在物理上閥成為全開或全閉，考慮到閥的可靠性等等，也可通過成為接近預(yù)先確定的全開或全閉的最大開度或最小開度來判定。另外，本實(shí)施例中說明的冷媒是二氧化碳(CO2)，但其他的冷媒，比如，R410A等也可以得到同樣的效果。
下面對本發(fā)明的實(shí)施例5的冷凍循環(huán)裝置予以說明。另外，因?yàn)楸緦?shí)施例的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)及其控制方法與實(shí)施例1相同，省略對同樣的結(jié)構(gòu)及動作的說明。
本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)的特征在于在將壓縮機(jī)構(gòu)1的氣缸容積作為VC、將膨脹機(jī)構(gòu)3的氣缸容積作為VE、將蒸發(fā)器5的出口冷媒密度作為DC、將散熱器2的出口冷媒密度作為DE時，在設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)成為最大的條件下的密度比(DE/DC)的值大致一致。此外，具體言之，在于進(jìn)行設(shè)計(jì)使得與散熱器2的出口冷媒密度(DE)成為最大的條件下的密度比(DE/DC)的值大致一致這一點(diǎn)。
另外，在作為熱水機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)，與在熱水機(jī)的使用范圍內(nèi)，在蒸發(fā)器5的周圍溫度(外氣溫度)最低、并且流入散熱器2的水溫(入水溫度)最低、并且從散熱器2流出的熱水溫度(熱水出水溫度)最高的條件下運(yùn)行時的密度比(DE/DC)大致一致是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特征。
此外，具體言之，在作為熱水機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)的值大于等于10是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特征。
但是，在本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置中，如在實(shí)施例1中所說明的，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)小于設(shè)計(jì)時決定的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)時，通過向打開方向操作分流閥11或在密度比(DE/DC)大于設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)時，通過向打開方向操作予減壓閥12，使密度比(DE/DC)與設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)一致，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力。然而，在流過分流流路10的冷媒量增加或利用予減壓閥12使預(yù)膨脹的壓力差增大時，由于應(yīng)該可以回收的動力減少，使運(yùn)行效率(COP)的提高率下降。所以，如何把設(shè)計(jì)容積比設(shè)計(jì)為最佳值是很重要的。
因此，下面利用附圖12和13對于將本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置用作熱水機(jī)使用的場合的最佳設(shè)計(jì)容積比予以詳細(xì)說明。
圖12為示出本發(fā)明的實(shí)施例5的密度比和COP比的相關(guān)圖，圖13為示出本發(fā)明的實(shí)施例5的密度比和冷媒密度的相關(guān)圖。
在圖12中，外氣溫度是按照溫度高的順序設(shè)定的夏季時期、中間時期、冬季時期及低溫時期。入水溫度是依照各個外氣溫度條件想定的最低溫度，熱水出水溫度是依照各個外氣溫度條件想定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。另外，COP比是在各個外氣溫度條件下，以不使用膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置的COP為100。以下，以夏季時期條件為例進(jìn)行說明。
在夏季時期條件中，實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)約為7。在以大于此值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在夏季時期條件下，必須使冷媒分流到分流流路10。反之，在以小于此值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在夏季時期條件下，必須使冷媒利用予減壓閥12進(jìn)行預(yù)膨脹。然而，已知在分流、預(yù)膨脹任意一個情況下，與在夏季時期條件下進(jìn)行了最佳設(shè)計(jì)的情況，即在將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)為約7的情況相比較，COP比降低，特別是，在預(yù)膨脹的場合COP比急劇大幅度下降。
另一方面，在冬季時期條件和低溫時期條件下，在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)，分別為約10和約12。在以大于這些值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在冬季時期條件和低溫時期條件下，必須使冷媒分流到分流流路10。反之，在以小于這些值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在冬季時期條件和低溫時期條件下，必須使冷媒利用予減壓閥12進(jìn)行預(yù)膨脹。然而，已知在分流、預(yù)膨脹任意一個情況下，與在冬季時期條件和低溫時期條件的各個條件下進(jìn)行了最優(yōu)設(shè)計(jì)的情況，即在將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)為約10及約12的情況相比較，COP比降低，特別是，在預(yù)膨脹的場合COP比急劇大幅度下降。
就是說，由于因季節(jié)等不同的運(yùn)行條件，最佳設(shè)計(jì)容積比不同，在壓縮機(jī)構(gòu)1和膨脹機(jī)構(gòu)3利用一根軸9直接連接的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)在設(shè)計(jì)時只能決定一個值。因此，比如，設(shè)計(jì)在夏季時期條件下為最佳的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)為約7的情況下，在夏季時期條件下COP比約為112，但在其他季節(jié)條件下COP比約為101～103。
與此相對，設(shè)計(jì)在低溫時期條件下為最佳的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)為約12的情況下，在低溫時期條件下COP比約為110，在其他季節(jié)條件下COP比約為107～108?；蛘?，設(shè)計(jì)在冬季時期條件下為最佳的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)為約10的情況下，在比較期間短的低溫時期COP比約為103，但在冬季時期條件下為110，在其他季節(jié)條件下約為108。
這樣，將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)為在冬季時期條件和低溫時期條件下為最佳時，可使COP提高率的季節(jié)差減小，即使是季節(jié)等運(yùn)行條件不同，也可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率。
就是說，在實(shí)施例5的冷凍循環(huán)裝置中，從圖12可知，著眼于進(jìn)行預(yù)膨脹的場合與分流的場合相比，COP的提高率小這一點(diǎn)，通過將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)成為與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)的值為最大的條件(在圖12的場合為低溫時期條件)下的密度比(DE/DC)的值大致一致，使得即使運(yùn)行條件不同也盡可能地不進(jìn)行予膨脹，可經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
此外，從圖13所示的蒸發(fā)器5的出口冷媒密度(DC)，或散熱器2的出口冷媒密度(DE)和密度比的相關(guān)關(guān)系，可知密度比(DE/DC)，與蒸發(fā)器5的出口冷媒密度(DC)的變化相比，更受散熱器2的出口冷媒密度(DE)的變化的影響，進(jìn)而，與散熱器2的出口冷媒密度(DE)大致成比例關(guān)系。
所以，通過將本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)成為與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)的值為最大的條件，即與散熱器2的出口冷媒密度(DE)成為最大的條件下的密度比(DE/DC)的值大致一致，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
另外，如在圖12中已經(jīng)說明的那樣，因?yàn)樵谧鳛闊崴畽C(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，在其使用范圍內(nèi)，在蒸發(fā)器5的周圍溫度(外氣溫度)最低、并且流入散熱器2的水溫(入水溫度)最低、并且從散熱器2流出的熱水溫度(熱水出水溫度)最高的條件下運(yùn)行的情況(圖12的場合的低溫時期條件)與冷凍循環(huán)裝置的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)在成為最大的條件下運(yùn)行的情況相當(dāng)，所以通過將在此運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)設(shè)計(jì)成為與設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)大致一致，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
另外，冷凍循環(huán)裝置的實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)成為最大的條件，在冷凍循環(huán)裝置為熱水機(jī)時，與在蒸發(fā)器5的周圍溫度最低、并且流入散熱器2的水溫最低、并且從散熱器2流出的熱水溫度最高的條件相當(dāng)，在應(yīng)用于包含后述的空調(diào)機(jī)等一般的冷凍循環(huán)裝置時，可以置換為在蒸發(fā)器5中加熱冷媒的流體的溫度最低、并且在散熱器2中用來冷卻冷媒的流入散熱器2的流入流體的溫度最低、并且從由這種冷媒冷卻而加熱的散熱器2流出的流體的溫度最高的條件。
此外，在作為熱水機(jī)所使用的冷凍循環(huán)裝置中，通過設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)成為大于等于10的值(與圖12的場合的冬季時期條件及低溫時期條件相對應(yīng)的值)，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
下面，不是利用實(shí)施例1的熱水機(jī)的例子而是利用空調(diào)機(jī)的例子來對本發(fā)明的實(shí)施例6的冷凍循環(huán)裝置予以說明。圖14為示出本發(fā)明的實(shí)施例6的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。另外，因?yàn)楸緦?shí)施例的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1大致相同，對于同樣的功能部件應(yīng)用同一符號。于是，對于同樣的結(jié)構(gòu)及其動作的說明省略。另外，因?yàn)槔鋬鲅h(huán)裝置的控制方法與實(shí)施例1相同，其說明省略。
本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置由室外機(jī)C和室內(nèi)機(jī)D構(gòu)成。于是，室外機(jī)C由壓縮機(jī)構(gòu)1、第1四通閥60、與由室外風(fēng)扇61送風(fēng)的空氣進(jìn)行熱交換的室外熱交換器62、第2四通閥63以及膨脹機(jī)構(gòu)3等構(gòu)成，另外，室內(nèi)機(jī)D，與由室內(nèi)風(fēng)扇64送風(fēng)的空氣進(jìn)行熱交換的室內(nèi)熱交換器65等構(gòu)成。
于是，在本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置中，在使第1四通閥60、第2四通閥63切換到圖中的實(shí)線方向時，通過使室外熱交換器62用作散熱器，使室內(nèi)熱交換器65用作蒸發(fā)器，就可以使設(shè)置室內(nèi)機(jī)D的室內(nèi)成為冷房。另外，在使第1四通閥60、第2四通閥63切換到圖中的虛線方向時，通過使室內(nèi)熱交換器65用作散熱器，使室外熱交換器62用作蒸發(fā)器，就可以使設(shè)置室內(nèi)機(jī)D的室內(nèi)成為暖房而進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的動作。
此外，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的特征在于在將壓縮機(jī)構(gòu)1的氣缸容積作為VC、將膨脹機(jī)構(gòu)3的氣缸容積作為VE、將室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個用作蒸發(fā)器時的熱交換器的出口冷媒密度作為DC(壓縮機(jī)構(gòu)1的流入冷媒密度)、將室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個用作散熱器時的熱交換器的出口冷媒密度作為DE(膨脹機(jī)構(gòu)3的流入媒體密度)時，在設(shè)計(jì)上使設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)成為最大的條件下的密度比(DE/DC)的值大致一致。此外，具體言之，在于進(jìn)行設(shè)計(jì)使得與室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個用作散熱器時的熱交換器的出口冷媒密度(DE)成為最大的條件下的密度比(DE/DC)的值大致一致這一點(diǎn)。
另外，在作為空調(diào)機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)，與在空調(diào)機(jī)的使用范圍內(nèi)，在向用作蒸發(fā)器的室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個的熱交換器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且在向用作散熱器的室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個的熱交換器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且向用作散熱器的熱交換器吹出的空氣溫度最高的條件下運(yùn)行時的密度比(DE/DC)大致一致是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特征。
此外，具體言之，在作為空調(diào)機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)的值大于等于8是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特征。
下面利用附圖15和16對于將本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置用作空調(diào)機(jī)使用的最優(yōu)設(shè)計(jì)容積比予以詳細(xì)說明。
圖15為示出本發(fā)明的實(shí)施例6的密度比和COP比的相關(guān)圖，圖16為示出本發(fā)明的實(shí)施例6的密度比和冷媒密度的相關(guān)圖。
在圖15中，外氣溫度是按照溫度高的順序設(shè)定的夏季時期冷房、中間時期冷房、中間時期暖房及冬季時期暖房。室內(nèi)溫度(向室內(nèi)熱交換器65送風(fēng)的空氣溫度)、室內(nèi)吹風(fēng)溫度(從室內(nèi)熱交換器65吹出的空氣溫度)分別是按照各個外氣溫度條件設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。另外，COP比是在各個外氣溫度條件下，以不使用膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置的COP為100。以下，以夏季時期冷房條件為例進(jìn)行說明。
在夏季時期冷房條件中，實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)約為4。在以大于此值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在夏季時期冷房條件下，必須使冷媒分流到分流流路10。反之，在以小于此值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在夏季時期冷房條件下，必須使冷媒利用予減壓閥12進(jìn)行預(yù)膨脹。然而，已知在分流、預(yù)膨脹任意一個情況下，與在夏季時期冷房條件下進(jìn)行了最佳設(shè)計(jì)的情況，即在將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)為約4的情況相比較，COP比降低，特別是，在預(yù)膨脹的場合COP比急劇大幅度下降。
另一方面，在中間時期暖房條件及冬季時期暖房條件下，在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)，分別為大約8～9。在以大于這些值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在中間時期暖房條件和冬季時期暖房條件下，必須使冷媒分流到分流流路10。反之，在以小于這些值的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在中間時期暖房條件和冬季時期暖房條件下，必須使冷媒利用予減壓閥12進(jìn)行預(yù)膨脹。然而，已知在分流、預(yù)膨脹任意一個情況下，與在中間時期暖房條件和冬季時期暖房條件的各個條件下進(jìn)行了最佳設(shè)計(jì)的情況，即在將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)為約8～9的情況相比較，COP比降低，特別是，在預(yù)膨脹的場合COP比急劇大幅度下降。
就是說，由于因季節(jié)等不同的運(yùn)行條件，最佳設(shè)計(jì)容積比不同，在壓縮機(jī)構(gòu)1和膨脹機(jī)構(gòu)3利用一根軸9直接連接的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)在設(shè)計(jì)時只能決定一個值。因此，比如，設(shè)計(jì)在夏季時期冷房條件下為最佳的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)為約4的情況下，在夏季時期冷房條件下COP比約為130，但在中間時期暖房條件和冬季時期暖房條件下，COP比約為102～104。
與此相對，設(shè)計(jì)在中間時期暖房條件和冬季時期暖房條件下為最優(yōu)的設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)為約8～9的場合，在中間時期暖房條件和冬季時期暖房條件下的COP比約為111，但在夏季時期冷房條件和中間時期冷房條件下，COP比約為113～114。
這樣，將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)為在中間時期暖房條件和冬季時期暖房條件下為最佳時，可使COP提高率的季節(jié)差減小，即使是季節(jié)等運(yùn)行條件不同，也可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率。
就是說，在實(shí)施例6的冷凍循環(huán)裝置中，從圖15可知，著眼于進(jìn)行預(yù)膨脹的場合與分流的場合相比，COP的提高率小這一點(diǎn)，通過將設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)成為與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)的值為最大的條件(在圖15的場合為冬季時期暖房條件)下的密度比(DE/DC)的值大致一致，使得即使運(yùn)行條件不同也盡可能地不進(jìn)行予膨脹，可經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
此外，從圖16所示的將室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個用作蒸發(fā)器時的出口冷媒密度(DC)，或?qū)⑹彝鉄峤粨Q器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個用作散熱器時的出口冷媒密度(DE)和密度比(DE/DC)的相關(guān)關(guān)系，可知密度比(DE/DC)，與蒸發(fā)器的出口冷媒密度(DC)的變化相比，更受散熱器2的出口冷媒密度(DE)的變化的影響，進(jìn)而，與散熱器2的出口冷媒密度(DE)大致成比例關(guān)系。
所以，在本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置中，通過將其設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)設(shè)計(jì)成為與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)的值為最大的條件，即與散熱器的出口冷媒密度(DE)成為最大的條件下的密度比(DE/DC)的值大致一致，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
另外，如在圖15中已經(jīng)說明的那樣，因?yàn)樵谧鳛榭照{(diào)機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，在其使用范圍內(nèi)，在向用作蒸發(fā)器的室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個的熱交換器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且在向用作散熱器的室外熱交換器62或室內(nèi)熱交換器65中的任何一個的熱交換器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且向用作散熱器的熱交換器吹出的空氣溫度最高的條件下運(yùn)行的情況，與在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)為最大的條件下運(yùn)行的情況(圖15的場合的冬季時期暖房條件)相當(dāng)，所以通過將在此運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)設(shè)計(jì)成為與設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)大致一致，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
此外，在作為空調(diào)機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，通過設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)容積比(VC/VE)成為大于等于8的值(與圖15的場合的冬季時期暖房條件及中間時期暖房條件相對應(yīng)的值)，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
下面對本發(fā)明的實(shí)施例7的冷凍循環(huán)裝置予以說明。圖17為示出本發(fā)明的實(shí)施例7的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。另外，因?yàn)楸緦?shí)施例的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1大致相同，對于同樣的功能部件應(yīng)用同一符號而省略其說明。另外，因?yàn)槔鋬鲅h(huán)裝置的控制方法也與實(shí)施例1相同，其說明予以省略。另外，關(guān)于本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置，是以熱水機(jī)為例進(jìn)行說明。
本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置由冷媒循環(huán)回路A和熱水供給循環(huán)回路B構(gòu)成。冷媒循環(huán)回路A具有電動機(jī)等的驅(qū)動源71、由驅(qū)動源71驅(qū)動的壓縮機(jī)構(gòu)72、將從壓縮機(jī)構(gòu)72排出的冷媒進(jìn)行再壓縮的輔助壓縮機(jī)構(gòu)73、散熱器2、膨脹機(jī)構(gòu)74以及與由風(fēng)扇送風(fēng)的外氣進(jìn)行熱交換的蒸發(fā)器5等等。另外，熱水供給循環(huán)回路B與實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)一樣，具有給水泵6、散熱器2以及熱水供給罐7等等。此外，輔助壓縮機(jī)構(gòu)73是由軸75與將壓力能變換為動力的膨脹機(jī)構(gòu)74相連接、由膨脹機(jī)構(gòu)74的回收動力驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。
下面，將輔助壓縮機(jī)構(gòu)73的氣缸容積作為VCs、將膨脹機(jī)構(gòu)74的氣缸容積作為VE、將壓縮機(jī)構(gòu)72的出口冷媒密度作為DCs(輔助壓縮機(jī)構(gòu)73的流入媒體密度)、將散熱器2的出口冷媒密度作為DE(膨脹機(jī)構(gòu)3的流入媒體密度)對如上所述構(gòu)成的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行時的動作進(jìn)行說明。首先，對在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)，與設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VC/s/VE)大致同等的場合予以說明。
壓縮機(jī)構(gòu)72將冷媒一直壓縮到超過臨界壓力的壓力(中間壓力)。該受到壓縮的冷媒再由輔助壓縮機(jī)構(gòu)73壓縮到高壓側(cè)壓力。于是，成為高溫高壓狀態(tài)的冷媒，在流過散熱器2之際，對水散熱而受到冷卻。其后，冷媒由膨脹機(jī)構(gòu)74減壓而變成為氣液兩相狀態(tài)。在膨脹機(jī)構(gòu)74中冷媒的壓力能變換為動力，該動力傳遞到軸75。由傳遞到此軸75的動力驅(qū)動輔助壓縮機(jī)構(gòu)73。經(jīng)過膨脹機(jī)構(gòu)74減壓的冷媒，流入到蒸發(fā)器5，在此蒸發(fā)器5中，冷媒由空氣冷卻而成為氣液二相或氣體狀態(tài)。其后，變成氣液二相或氣體狀態(tài)的冷媒，再次吸入到壓縮機(jī)構(gòu)72。
下面對在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)與在設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)不同的情況予以說明。首先，對在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)大于在設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)的情況的動作予以說明。
在這種情況下，由于密度比一定的制約，為使散熱器2的出口(膨脹機(jī)構(gòu)74的入口)的冷媒密度(DE)變小，冷凍循環(huán)在使高壓側(cè)壓力減小的狀態(tài)下進(jìn)行平衡。但是，在高壓側(cè)壓力低于所要求的壓力的狀態(tài)下，排出溫度降低而使冷凍循環(huán)裝置的加熱能力降低，使冷凍循環(huán)裝置的效率降低。因此，如果分流閥11不是全閉狀態(tài)，向關(guān)閉方向操作分流閥11，使原來流入分流流路10的冷媒流入膨脹機(jī)構(gòu)74?；蛘?，如果分流閥11是全閉狀態(tài)，向關(guān)閉方向操作予減壓閥12，使流入膨脹機(jī)構(gòu)74的冷媒減壓，使冷媒密度降低。通過這些動作，使高壓側(cè)壓力上升，因?yàn)榭梢哉{(diào)整到所希望的壓力，故可進(jìn)行高效率的運(yùn)行。
反之，對實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)小于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)的場合的動作予以說明。
在這種情況下，由于密度比一定的制約，為使散熱器2的出口(膨脹機(jī)構(gòu)74的入口)的冷媒密度(DE)變大，冷凍循環(huán)在使高壓側(cè)壓力上升的狀態(tài)下進(jìn)行平衡。但是，在高壓側(cè)壓力比所要求的壓力上升的狀態(tài)下，冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率降低。因此，如果予減壓閥12不是全開狀態(tài)，向打開方向操作予減壓閥12，使流入膨脹機(jī)構(gòu)74的冷媒不減壓而使冷媒密度上升?；蛘撸绻铚p壓閥12是全開狀態(tài)，向打開方向操作分流閥11，使流入膨脹機(jī)構(gòu)74的冷媒的一部分流入到分流流路10。通過這些動作，使高壓側(cè)壓力降低，因?yàn)榭梢哉{(diào)整到所希望的壓力，故可進(jìn)行高效率的運(yùn)行。
如上所述，在實(shí)施例7的冷凍循環(huán)裝置中，由于密度比一定的制約，在使用難以維持最佳高壓側(cè)壓力的膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，無論在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)小于還是大于設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)的情況下，都可以通過對分流閥11和予減壓閥12的開度的操作，調(diào)整到所希望的高壓側(cè)壓力，在不使運(yùn)行效率及能力降低的情況下提供可以運(yùn)行的冷凍循環(huán)裝置。
另外，本實(shí)施例的冷凍循環(huán)的排出溫度，是輔助壓縮機(jī)構(gòu)73的出口溫度，冷凍循環(huán)的過熱度是壓縮機(jī)構(gòu)72的吸入溫度和蒸發(fā)器5的蒸發(fā)溫度的差。
下面對本發(fā)明的實(shí)施例8的冷凍循環(huán)裝置予以說明。因?yàn)楸緦?shí)施例的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)及其控制方法與實(shí)施例7相同，省略對于同樣的結(jié)構(gòu)及動作等的說明。
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的特征在于將輔助壓縮機(jī)構(gòu)73的氣缸容積作為VCs、將膨脹機(jī)構(gòu)74的氣缸容積作為VE、將壓縮機(jī)構(gòu)72的出口冷媒密度作為DCs、將散熱器2的出口冷媒密度作為DE時，在設(shè)計(jì)上使設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)成為最大的條件下的密度比(DE/DCs)的值大致一致。此外，具體言之，在于進(jìn)行設(shè)計(jì)使得與散熱器2的出口冷媒密度(DE)成為最大的條件下的密度比(DE/DCs)的值大致一致這一點(diǎn)。
另外，在作為熱水機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)，與在熱水機(jī)的使用范圍內(nèi)，在蒸發(fā)器5的周圍溫度(外氣溫度)最低、并且流入散熱器2的水溫(入水溫度)最低、并且從散熱器2流出的熱水溫度(熱水出水溫度)最高的條件下運(yùn)行時的密度比(DE/DCs)大致一致是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特征。
此外，具體言之，在作為熱水機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)的值大于等于3.5是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特征。
但是，在本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置中，如在實(shí)施例1中所說明的，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)小于設(shè)計(jì)時決定的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)時，通過向打開方向操作分流閥11或在密度比(DE/DCs)大于設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)時，通過向打開方向操作予減壓閥12，使密度比(DE/DCs)與設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)一致，可以調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力。然而，在流過分流流路10的冷媒量增加或利用予減壓閥12使預(yù)膨脹的壓力差增大時，由于應(yīng)該可以回收的動力減少，使運(yùn)行效率(COP)的提高率下降。所以，如何把設(shè)計(jì)容積比設(shè)計(jì)為最佳值是很重要的。
因此，下面利用附圖18和19對于將本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置用作熱水機(jī)使用的場合的最佳設(shè)計(jì)容積比予以詳細(xì)說明。
圖18為示出本發(fā)明的實(shí)施例8的密度比和COP比的相關(guān)圖，圖19為示出本發(fā)明的實(shí)施例8的密度比和冷媒密度的相關(guān)圖。
在圖18中，外氣溫度是按照溫度高的順序設(shè)定的夏季時期、中間時期、冬季時期及低溫時期。入水溫度是依照各個外氣溫度條件想定的最低溫度，熱水出水溫度是依照各個外氣溫度條件想定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。另外，COP比是在各個外氣溫度條件下，以不使用膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置的COP為100。以下，以夏季時期條件為例進(jìn)行說明。
在夏季時期條件中，實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)約為4.1。在以大于此值的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在夏季時期條件下，必須使冷媒分流到分流流路10。反之，在以小于此值的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在夏季時期條件下，必須使冷媒利用予減壓閥12進(jìn)行預(yù)膨脹。然而，已知在分流、預(yù)膨脹任意一個情況下，與在夏季時期條件下進(jìn)行了最佳設(shè)計(jì)時，即在將設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)為約4.1的場合相比較，COP比降低，特別是，在預(yù)膨脹的場合COP比急劇大幅度下降。
另一方面，在冬季時期條件和低溫時期條件下，在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)，分別為約4.3和約4.5。在以大于這些值的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在冬季時期條件和低溫時期條件下，必須使冷媒分流到分流流路10。反之，在以小于這些值的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)的冷凍循環(huán)裝置的場合，在冬季時期條件和低溫時期條件下，必須使冷媒利用予減壓閥12進(jìn)行預(yù)膨脹。然而，已知在分流、預(yù)膨脹任意一個情況下，與在冬季時期條件和低溫時期條件的各個條件下最佳設(shè)計(jì)的情況，即在將設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)定約為約4.3及約4.5的場合相比較，COP比降低，特別是，在預(yù)膨脹的場合COP比急劇大幅度下降。
就是說，由于因季節(jié)等不同的運(yùn)行條件，最佳設(shè)計(jì)容積比不同，在輔助壓縮機(jī)構(gòu)73和膨脹機(jī)構(gòu)74利用一根軸75直接連接的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)在設(shè)計(jì)時只能決定一個值。因此，比如，設(shè)計(jì)為在夏季時期條件下為最佳的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)為約4.1的情況下，在夏季時期條件下COP比約為112，但在其他季節(jié)條件下COP比約為105。
與此相對，設(shè)計(jì)在低溫時期條件下為最佳的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)為約4.5的情況下，在低溫時期條件下COP比約為110，在其他季節(jié)條件下COP比約為110～111。或者，設(shè)計(jì)在冬季時期條件下為最佳的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)的情況也一樣。
這樣，將設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)為在冬季時期條件和低溫時期條件下為最佳時，可使COP提高率的季節(jié)差減小，即使是季節(jié)等運(yùn)行條件不同，也可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率。
就是說，在實(shí)施例8的冷凍循環(huán)裝置中，從圖18可知，著眼于進(jìn)行預(yù)膨脹的場合與分流的場合相比，COP的提高率小這一點(diǎn)，通過將設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)成為與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)的值為最大的條件(在圖18的場合為低溫時期條件)下的密度比(DE/DCs)的值大致一致，使得即使運(yùn)行條件不同也可能地不進(jìn)行予膨脹，可經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
此外，從圖19所示的壓縮機(jī)構(gòu)71的出口冷媒密度(DCs)，或散熱器2的出口冷媒密度(DE)和密度比(DE/DCs)的相關(guān)關(guān)系，可知密度比(DE/DCs)與壓縮機(jī)構(gòu)71的出口冷媒密度(DCs)的變化相比，更受散熱器2的出口冷媒密度的變化的影響，進(jìn)而，與散熱器2的出口冷媒密度(DE)大致成比例關(guān)系。
所以，通過將本實(shí)施例的冷凍循環(huán)裝置的設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)設(shè)計(jì)成為與在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)的值為最大的條件，即與散熱器2的出口冷媒密度(DE)成為最大的條件下的密度比(DE/DCs)的值大致一致，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
另外，如在圖18中已經(jīng)說明的那樣，因?yàn)樵谧鳛闊崴畽C(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，在其使用范圍內(nèi)，在蒸發(fā)器5的周圍溫度(外氣溫度)最低、并且流入散熱器2的水溫(入水溫度)最低、并且從散熱器2流出的熱水溫度(熱水出水溫度)最高的條件下運(yùn)行的情況(圖18的場合的低溫時期條件)與冷凍循環(huán)裝置的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DC)在成為最大的條件下運(yùn)行的情況相當(dāng)，所以通過將在此運(yùn)行狀態(tài)下的密度比(DE/DCs)設(shè)計(jì)成為與設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)大致一致，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
另外，在作為具有輔助壓縮機(jī)構(gòu)73的熱水機(jī)所使用的冷凍循環(huán)裝置中，通過設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)容積比(VCs/VE)成為大于等于4的值(與圖18的場合的夏季時期條件、中間時期條件、冬季時期條件及低溫時期條件基本上全部相對應(yīng)的值)，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
此外，根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)成，如圖18所示，與實(shí)施例5的圖12相比，由于因季節(jié)等的運(yùn)行條件不同的場合的容積比的變化變小，就可以經(jīng)常維持高運(yùn)行效率的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行。
換言之，在具有輔助壓縮機(jī)構(gòu)73的冷凍循環(huán)裝置中，為了使在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下的容積比的變化小，即使是與設(shè)計(jì)時想定的設(shè)計(jì)容積比不同，通過只對分流閥11的開度操作，也可以調(diào)整成為所要求的高壓側(cè)壓力，可以在不使冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行效率及容量降低的情況下運(yùn)行。即，也可以沒有予減壓閥12而只以分流閥11構(gòu)成，并且，即使是在只以分流閥11構(gòu)成的情況下，優(yōu)選采用比設(shè)計(jì)時設(shè)定的設(shè)計(jì)容積比大一些的值。
本發(fā)明的冷凍循環(huán)裝置及其控制方法，適用于熱水供給裝置(熱水器)、家用空調(diào)機(jī)、商用空調(diào)機(jī)、車用空調(diào)機(jī)(汽車用空調(diào)機(jī))等。于是，可以在幅度很寬的運(yùn)行范圍中得到高的動力回收效果，可以提供以良好效率運(yùn)行的冷凍循環(huán)裝置。特別是，在使用二氧化碳的冷凍循環(huán)的高壓側(cè)可以成為超臨界狀態(tài)的冷凍循環(huán)裝置中效果大。
權(quán)利要求
1.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；對流入上述膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥；以及基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述預(yù)減壓閥的操作器。
2.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；以及基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速的操作器。
3.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和對從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；向上述蒸發(fā)器送風(fēng)的風(fēng)扇；以及基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的操作器。
4.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比之中最大的值大致一致。
5.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述散熱器的出口的冷媒密度為最大的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
6.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述蒸發(fā)器的周圍溫度最低、并且流入上述散熱器的水溫最低、并且從上述散熱器流出的熱水溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
7.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，使用二氧化碳作為冷媒并作為熱水機(jī)進(jìn)行使用，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于10。
8.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在向上述蒸發(fā)器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且向上述散熱器送風(fēng)的空氣溫度最低、并且從上述散熱器吹出的空氣溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
9.一種冷凍循環(huán)裝置，其特征在于在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器和將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器，使用二氧化碳作為冷媒并作為空調(diào)機(jī)進(jìn)行使用，其特征在于使上述壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于8。
10.一種冷凍循環(huán)裝置的控制方法，在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；以及對流入上述膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥的冷凍循環(huán)裝置中，其特征在于基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述預(yù)減壓閥。
11.一種冷凍循環(huán)裝置的控制方法，在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥的冷凍循環(huán)裝置中，其特征在于基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述驅(qū)動源的轉(zhuǎn)速。
12.一種冷凍循環(huán)裝置的控制方法，在具有將壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及驅(qū)動源通過一根軸連接的同時，將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒予以冷卻的散熱器；將從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒進(jìn)行加熱的蒸發(fā)器；使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥；以及向上述蒸發(fā)器送風(fēng)的風(fēng)扇的冷凍循環(huán)裝置中，其特征在于基于排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。
13.一種冷凍循環(huán)裝置，具有將輔助壓縮機(jī)構(gòu)和膨脹機(jī)構(gòu)通過一根軸連接的同時，壓縮冷媒的壓縮機(jī)構(gòu)；將從上述壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒進(jìn)行再壓縮的輔助壓縮機(jī)構(gòu)；冷卻從上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒的散熱器和加熱從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒的蒸發(fā)器，其特征在于包括使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路；在上述分流流路上設(shè)置的分流閥。
14.如權(quán)利要求13所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于還包括對流入上述膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥。
15.如權(quán)利要求14所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于還包括基于該冷凍循環(huán)裝置的排出溫度或過熱度控制上述分流閥和上述預(yù)減壓閥的操作器。
16.如權(quán)利要求13所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于使上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下上述散熱器和上述壓縮機(jī)構(gòu)的各個出口冷媒密度的比之中最大的值大致一致。
17.如權(quán)利要求13所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于使上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述散熱器的出口的冷媒密度為最大的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述壓縮機(jī)構(gòu)的各個出口冷媒密度的比大致一致。
18.如權(quán)利要求13所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于使上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比與在上述蒸發(fā)器的周圍溫度最低、并且流入上述散熱器的水溫最低、并且從上述散熱器流出的熱水溫度最高的冷凍循環(huán)裝置的運(yùn)行狀態(tài)下的上述散熱器和上述蒸發(fā)器的各個出口冷媒密度的比大致一致。
19.如權(quán)利要求13所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于在使用二氧化碳作為冷媒的作為熱水機(jī)使用的冷凍循環(huán)裝置中，設(shè)定上述輔助壓縮機(jī)構(gòu)和上述膨脹機(jī)構(gòu)的容積比大于等于4。
全文摘要
本發(fā)明提供冷凍循環(huán)裝置及其控制方法。該裝置的特點(diǎn)在于在使用膨脹機(jī)的冷凍循環(huán)裝置中，即使密度比一定的制約，也可以維持最佳的高壓側(cè)壓力，可在各運(yùn)行范圍內(nèi)不降低效率及能力而使冷凍循環(huán)運(yùn)行。該裝置具有壓縮機(jī)構(gòu)、膨脹機(jī)構(gòu)及對用一根軸連接到膨脹機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動源、冷卻從壓縮機(jī)構(gòu)排出的冷媒的散熱器和加熱從上述膨脹機(jī)構(gòu)流出的冷媒的蒸發(fā)器、使上述膨脹機(jī)構(gòu)分流的分流流路、在上述分流流路上設(shè)置的分流閥、對流入上述膨脹機(jī)構(gòu)的冷媒進(jìn)行減壓的預(yù)減壓閥以及控制分流閥和預(yù)減壓閥的操作器，通過基于冷凍循環(huán)的排出溫度或過熱度操作分流閥或予減壓閥的開度，調(diào)整到所要求的高壓側(cè)壓力，可以在較寬的運(yùn)行范圍中高效運(yùn)行。
文檔編號F24F11/02GK1677017SQ200510062849
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者岡座典穗, 目方雅人, 中谷和生 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社