專(zhuān)利名稱：熱泵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱泵裝置，特別是關(guān)于在可提高蒸發(fā)器的除霜效率、并可將被氣體冷卻器加熱的水作為熱水提供而構(gòu)成的熱泵式熱水裝置上，可抑制給水溫度變化時(shí)的循環(huán)制冷劑量的變動(dòng)的熱泵裝置。
背景技術(shù)：
一般，眾所周知的是設(shè)置具有壓縮機(jī)、氣體冷卻器、減壓裝置以及蒸發(fā)器的制冷循環(huán)，并可將被該氣體冷卻器加熱的水作為熱水提供而構(gòu)成的熱泵式熱水裝置。
在這種裝置上，在例如使用CO2制冷劑作為制冷循環(huán)的制冷劑時(shí)，因?yàn)橹评溲h(huán)的高壓側(cè)處于成為超臨界的過(guò)臨界循環(huán)(TranscriticalCycle)，所以，可望利用水的升溫幅度大的加熱工序獲得高的效率系數(shù)(COP)。
在該熱泵式熱水裝置上，提供給氣體冷卻器的給水溫度例如低到5℃左右時(shí)，壓縮機(jī)排出的CO2制冷劑，在氣體冷卻器與5℃左右的低溫水進(jìn)行熱交換低溫冷卻直到密度與液體為同樣程度(以下，為液態(tài))，之后膨脹至蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器完全氣化，循環(huán)到壓縮機(jī)。
另一方面，當(dāng)提供給氣體冷卻器的給水溫度例如高到50℃左右時(shí)，CO2制冷劑，因?yàn)樵谠摎怏w冷卻器與50℃左右的高溫水進(jìn)行熱交換，所以，不怎么被冷卻，保持高溫氣體狀態(tài)直到氣體冷卻器出口，膨脹至蒸發(fā)器，再循環(huán)到壓縮機(jī)。
這樣，存在當(dāng)給水溫度變化、氣體冷卻器出口溫度變化時(shí)，制冷劑的密度變化的問(wèn)題。
而且，制冷劑密度變化大的時(shí)候，因?yàn)橹评溲h(huán)的容積一定，所以，在給水溫度高時(shí)和給水溫度低時(shí)，循環(huán)的最佳制冷劑量產(chǎn)生差別。在該最佳制冷劑量產(chǎn)生差別時(shí)，如果根據(jù)最佳制冷劑量必須大的運(yùn)行狀態(tài)填充制冷劑，則在最佳制冷劑量可以少的運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)產(chǎn)生過(guò)剩制冷劑，從而存在必須設(shè)置將其暫時(shí)儲(chǔ)存的儲(chǔ)罐，同時(shí)使為了獲得最佳制冷劑量的控制復(fù)雜化等種種問(wèn)題。
又，在這種裝置中，構(gòu)成制冷循環(huán)的機(jī)器類(lèi)作為熱泵機(jī)組置于室外的情況較多，例如在冬季等，需經(jīng)常進(jìn)行蒸發(fā)器的除霜。
這種情況下的除霜運(yùn)行，一般是采用熱氣體除霜，即，使從壓縮機(jī)排出的制冷劑旁路氣體冷卻器以及減壓裝置直接提供到蒸發(fā)器，在該蒸發(fā)器利用制冷劑熱量進(jìn)行熱氣除霜。
但是，在外界氣溫很低，例如有極輕的大量的雪粉飛舞的情況下，進(jìn)行熱氣體除霜運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器上的雪粉附著量太多，往往存在不能將它們充分融化的情況。
又，一般熱泵機(jī)組的底板(排水盤(pán))與蒸發(fā)器的下部之間的間隙極小，殘留在該間隙的排水往往凍結(jié)，冰以其為外殼從下面長(zhǎng)大，在寒冬持續(xù)的地區(qū)等難以有效除去這些冰。
雖然也可考慮增設(shè)電熱器等進(jìn)行除霜，但這會(huì)使電容量增大，增加運(yùn)行成本。
因此，本發(fā)明的目的在于提供消除上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題、利用簡(jiǎn)單構(gòu)成控制給水溫度上升時(shí)的循環(huán)最佳制冷劑量的變化同時(shí)可有效進(jìn)行蒸發(fā)器的除霜的熱泵裝置。
發(fā)明介紹本發(fā)明是設(shè)置具有壓縮機(jī)、氣體冷卻器、減壓裝置以及蒸發(fā)器的制冷循環(huán)并可利用該氣體冷卻器加熱水而構(gòu)成的熱泵裝置，其特征在于在制冷循環(huán)中高壓側(cè)填充使用在超臨界區(qū)域工作的制冷劑，并在氣體冷卻器出口與減壓裝置之間設(shè)置散熱器。
本發(fā)明，其特征在于具有使上述散熱器出口的制冷劑溫度與給氣體冷卻器的給水溫度無(wú)關(guān)而大致保持一定溫度的構(gòu)成。
本發(fā)明，其特征在于散熱器配置在蒸發(fā)器的下部。
本發(fā)明，其特征在于散熱器構(gòu)成從氣體冷卻器連接到減壓裝置的制冷劑管的一部分。
本發(fā)明，其特征在于蒸發(fā)器是翅片·管式換熱器，制冷劑管的一部分貫穿蒸發(fā)器的翅片下部配置。
本發(fā)明，其特征在于上述制冷劑是CO2制冷劑。
在這些方案中，因?yàn)樯崞鞒隹诘闹评鋭囟扰c給氣體冷卻器的給水溫度無(wú)關(guān)而大致保持一定溫度，所以，散熱器出口的制冷劑密度也與給水溫度無(wú)關(guān)而大致一定。
因?yàn)橹评鋭┟芏却笾乱欢?，制冷循環(huán)的容量一定，所以，循環(huán)的制冷劑量一定，可抑制最佳制冷劑量的變化。
又，在將散熱器配置在蒸發(fā)器的下部時(shí)，可利用簡(jiǎn)單的構(gòu)成有效進(jìn)行蒸發(fā)器的除霜。
圖面的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的熱泵裝置的一實(shí)施形式的回路圖。
圖2是蒸發(fā)器的立體圖。
圖3是T-h線圖。
圖4是顯示另外的實(shí)施形式的蒸發(fā)器的立體圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形式參照?qǐng)D說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施形式。
在圖1中，符號(hào)1表示壓縮機(jī)，在該壓縮機(jī)1上，通過(guò)實(shí)線所示的制冷劑管，依次連接氣體冷卻器3、減壓裝置(膨脹閥)5、由翅片·管式的空氣熱源式換熱器構(gòu)成的蒸發(fā)器7、以及儲(chǔ)存器8，構(gòu)成制冷循環(huán)。
在該制冷循環(huán)中填充使用CO2制冷劑。該CO2制冷劑臭氧破壞系數(shù)為0，地球溫暖化系數(shù)為1，所以，對(duì)環(huán)境造成的負(fù)荷小，無(wú)毒性、可燃性，是安全且廉價(jià)的。
上述氣體冷卻器3，由CO2制冷劑流動(dòng)的實(shí)線所示的制冷劑盤(pán)管9和水流動(dòng)的虛線所示的水盤(pán)管11構(gòu)成，該水盤(pán)管11通過(guò)水管連接在圖中未示的熱水箱上。在水管上連接圖中未示的循環(huán)泵，該循環(huán)泵被驅(qū)動(dòng)使熱水箱的水在氣體冷卻器3循環(huán)，在此被加熱儲(chǔ)存在熱水箱內(nèi)。
該熱泵式熱水裝置，作為熱泵機(jī)組置于室外，必須進(jìn)行為了除去附著在蒸發(fā)器7上的霜的除霜運(yùn)行。這時(shí)的除霜運(yùn)行，是將從壓縮機(jī)1排出的制冷劑通過(guò)旁通管13直接提供給蒸發(fā)器7，通過(guò)將其加熱而進(jìn)行的。旁通管13旁路氣體冷卻器3和減壓裝置5。在除霜運(yùn)行時(shí)，設(shè)置在旁通管13上的通常關(guān)閉的除霜用電磁閥15打開(kāi)。
在本實(shí)施形式中，從氣體冷卻器3連接到減壓裝置5上的制冷劑管的一部分(散熱器)21配置在蒸發(fā)器7的下部而構(gòu)成。
該蒸發(fā)器7，是翅片·管式的空氣熱源式換熱器，是在復(fù)數(shù)的翅片23、23、23…的孔中貫穿蛇行狀的減壓裝置5的形式，使最下部的大致U字形的管子25a對(duì)應(yīng)上述制冷劑管的一部分21，在該大致U字形的管子25a與比其更下游的管子25之間連接減壓裝置5。
圖2是蒸發(fā)器7的立體圖。
在該蒸發(fā)器7上，管子25從上風(fēng)側(cè)向下風(fēng)側(cè)配置二列，上述大致U字形的管子(制冷劑管的一部分)25a貫穿上述翅片23的下部配置。
在該管子25a內(nèi)，在氣體冷卻器3被冷卻的高壓制冷劑流入，是通過(guò)入口管A流入，經(jīng)過(guò)三次蛇行的管子25a之后，從出口管B流出，流向膨脹閥5。然后，在減壓裝置5膨脹之后，通過(guò)位于管子25a的正上方的上風(fēng)側(cè)的入口管C流入蒸發(fā)器7，經(jīng)過(guò)1次蛇行達(dá)到上方側(cè)的管子25b，從那里沿上風(fēng)側(cè)的管子25多次地蛇行流動(dòng)，從上風(fēng)側(cè)的最上位置的管子25c移行到下風(fēng)側(cè)的管子25d，沿該下風(fēng)側(cè)的管子25從上向下流動(dòng)，從最下位置的出口管D向壓縮機(jī)1流出。
圖3是T-h線圖。
在該熱泵式熱水裝置上，例如，在冬季運(yùn)行時(shí)，當(dāng)供給水盤(pán)管11的給水溫度低到5℃左右時(shí)，如圖3的T-h線圖所示那樣，CO2制冷劑，在壓縮機(jī)1排出(點(diǎn)A)，通過(guò)在氣體冷卻器3與5℃左右的水熱交換而被冷卻之后，流入散熱器21，在此利用與空氣的熱交換進(jìn)一步被冷卻，以幾乎接近液態(tài)的密度(液態(tài))經(jīng)過(guò)散熱器21的出口(點(diǎn)B)之后，在膨脹閥5膨脹，到達(dá)蒸發(fā)器7的入口(點(diǎn)C)，在該蒸發(fā)器7完全氣化，循環(huán)到壓縮機(jī)1的吸入(點(diǎn)D)。
這時(shí)，因?yàn)榻o水溫度低到5℃左右，所以，作為制冷劑狀態(tài)，在氣體冷卻器3的出口達(dá)到點(diǎn)B的附近，幾乎為液態(tài)，可認(rèn)為在散熱器21上沒(méi)怎么發(fā)揮冷卻效果。
另一方面，在提供給水盤(pán)管11的給水溫度例如高到50℃左右時(shí)，從壓縮機(jī)1排出(點(diǎn)a)的CO2制冷劑，在蒸發(fā)器7與50℃左右的高溫水進(jìn)行熱交換而被冷卻。這時(shí)，作為制冷劑狀態(tài)，氣體冷卻器3的出口幾乎與點(diǎn)E相當(dāng)，在此沒(méi)有達(dá)到液態(tài)，可認(rèn)為幾乎是氣態(tài)。經(jīng)過(guò)該氣體冷卻器3的出口(點(diǎn)E)的制冷劑，到達(dá)散熱器21，在此利用與空氣的熱交換被冷卻，達(dá)到幾乎液態(tài)，以液態(tài)到達(dá)散熱器21的出口(點(diǎn)B)，經(jīng)過(guò)該出口(點(diǎn)B)之后，在膨脹閥5膨脹，至蒸發(fā)器7的入口(點(diǎn)C)，在該蒸發(fā)器7完全氣化，循環(huán)到壓縮機(jī)1的吸入(點(diǎn)D)。
上述循環(huán)，因?yàn)楦邏簜?cè)處于成為超臨界的過(guò)臨界循環(huán)(Transcritical Cycle)，所以，可望獲得高的COP。
在本實(shí)施形式中，因?yàn)樵跉怏w冷卻器出口與減壓裝置5之間設(shè)置散熱器21，所以，不管在供給水盤(pán)管11的給水溫度低的情況或高的情況，都可保持散熱器21出口(點(diǎn)B)的制冷劑溫度大致一定。
即，與到蒸發(fā)器7的給水溫度無(wú)關(guān)，可保持散熱器21出口(點(diǎn)B)的制冷劑溫度在大致一定溫度。但是，因?yàn)閷?shí)際上散熱器的溫度變化，所以，點(diǎn)B的溫度也有稍許變化。
如果采用它，不管給水溫度低的情況或高的情況，因?yàn)檠刂评溲h(huán)循環(huán)的制冷劑的密度幾乎不變，并且，制冷循環(huán)的容量(散熱器21、蒸發(fā)器7等的容積)一定，所以，不會(huì)因給水溫度的高低在最佳制冷劑量上產(chǎn)生差別，可抑制最佳制冷劑量的變化。
因此，可抑制高壓側(cè)的壓力上升，可抑制隨著壓縮比增大的效率下降，因?yàn)椴粫?huì)如過(guò)去那樣產(chǎn)生剩余制冷劑，所以，不必設(shè)置暫時(shí)儲(chǔ)存的儲(chǔ)罐等，不會(huì)使為了獲得最佳制冷劑量的控制復(fù)雜化。
散熱器21，因?yàn)榭勺鳛檎舭l(fā)器7的一部分制造，且可兼用蒸發(fā)器7的送風(fēng)機(jī)，所以，可抑制設(shè)備成本，因?yàn)椴槐卦O(shè)置別的冷卻源，所以，可望節(jié)能化。
又，在本實(shí)施形式中，在熱水供應(yīng)運(yùn)行中，在氣體冷卻器3被冷卻的高壓制冷劑通常流到蒸發(fā)器7的下部。
在氣體冷卻器3的出口的制冷劑溫度，在以高于提供給氣體冷卻器3的水的溫度為前提時(shí)，供給此處的水的溫度，當(dāng)考慮水管的防凍設(shè)備等時(shí)，因?yàn)榭删S持0℃以上，所以，氣體冷卻器3的出口的制冷劑溫度也可維持在0℃以上。
因此，在熱水供應(yīng)運(yùn)行中，蒸發(fā)器7的下部的溫度被保持在0℃以上，可防止蒸發(fā)器7處的下部的排水凍結(jié)。
對(duì)應(yīng)熱水供應(yīng)運(yùn)行中的蒸發(fā)器7處的蒸發(fā)溫度與外界氣溫之差，從熱水供應(yīng)運(yùn)行切換到除霜運(yùn)行，但除霜運(yùn)行時(shí)的熱氣體流入蒸發(fā)器7的管子25b，從那里沿上風(fēng)側(cè)的管子25多次蛇行流動(dòng)，從上風(fēng)側(cè)的最上位置的管子25c移行到下風(fēng)側(cè)的管子25d，沿該下風(fēng)側(cè)的管子25從上向下流動(dòng)，從最下位置的出口側(cè)的管子D向壓縮機(jī)1流動(dòng)。這樣，蒸發(fā)器7被加熱，附著在其上的霜融化，排水排向下方。
在該實(shí)施形式中，即使設(shè)計(jì)使排出的排水滯留在蒸發(fā)器7的下部，在熱水供應(yīng)運(yùn)行中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)氣體冷卻器3的高壓制冷劑也流過(guò)大致U字形的管子25a，所以，使蒸發(fā)器7的下部的溫度保持在0℃以上，蒸發(fā)器7下部的排水不會(huì)凍結(jié)，可獲得防止結(jié)冰的效果。
圖4所示為另一實(shí)施形式。
在該實(shí)施形式中，蒸發(fā)器7與散熱器21形成單獨(dú)的翅片，該散熱器21配置在蒸發(fā)器7的下部。這樣，也可獲得與上述實(shí)施形式幾乎同樣的效果。如果這樣分開(kāi)構(gòu)成散熱器21與蒸發(fā)器7，則設(shè)置散熱器21的位置不限于蒸發(fā)器7的下部。也適宜設(shè)置在與蒸發(fā)器7并排或上部可作為設(shè)置空間的位置。在不設(shè)置在蒸發(fā)器7的下部的時(shí)候，不用說(shuō)不能得到防凍結(jié)的效果。
以上，是根據(jù)一實(shí)施形式說(shuō)明了本發(fā)明，當(dāng)然本發(fā)明并不限于此。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的熱泵裝置，適用于利用簡(jiǎn)單構(gòu)成控制給水溫度變化時(shí)的最佳制冷劑量的變化的情況，適用于有效進(jìn)行蒸發(fā)器的除霜的情況，適用于熱泵式熱水裝置，但并不局限于此，還可適用于例如采暖裝置等。
權(quán)利要求
1.一種熱泵裝置，具有壓縮機(jī)、氣體冷卻器、減壓裝置以及蒸發(fā)器的制冷循環(huán)，并構(gòu)成可利用該氣體冷卻器加熱水，其特征在于在制冷循環(huán)中高壓側(cè)填充使用在超臨界區(qū)域工作的制冷劑，并在氣體冷卻器出口與減壓裝置之間設(shè)置散熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的熱泵裝置，其特征在于具有使上述散熱器出口的制冷劑溫度與給氣體冷卻器的給水溫度無(wú)關(guān)而大致保持一定溫度的構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱泵裝置，其特征在于上述散熱器配置在上述蒸發(fā)器的下部。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的熱泵裝置，其特征在于上述散熱器構(gòu)成從氣體冷卻器連接到減壓裝置的制冷劑管的一部分。
5.如權(quán)利要求4所述的熱泵裝置，其特征在于上述蒸發(fā)器是翅片·管式換熱器，上述制冷劑管的一部分貫穿上述蒸發(fā)器的翅片的下部配置。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的熱泵裝置，其特征在于上述制冷劑是CO2制冷劑。
全文摘要
在設(shè)置具有壓縮機(jī)(1)、氣體冷卻器(3)、減壓裝置(5)以及蒸發(fā)器(7)的制冷循環(huán)并可利用該氣體冷卻器加熱水而構(gòu)成的熱泵裝置上，在制冷循環(huán)中高壓側(cè)填充使用在超臨界區(qū)域工作的CO
文檔編號(hào)F28D1/047GK1464963SQ02802534
公開(kāi)日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月2日
發(fā)明者桑原修, 向山洋, 小林雅博, 上村一朗, 井崎博和, 石原壽和 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社