制冷装置制造方法
【专利摘要】空调装置(10)包括通过将压缩机(21)、室内热交换器(22)、第一膨胀阀(23)、气液分离器(24)、第二膨胀阀(26)以及室外热交换器(27)依次连接起来而成、进行两级膨胀式制冷循环的制冷剂回路(20)。制冷剂回路(20)中包括供气液分离器(24)中的中压气态制冷剂流向压缩机(21)的中间口处的气态制冷剂喷射管(2c)、和让在室外热交换器(27)中蒸发后流向压缩机(21)的低压气态制冷剂与从气液分离器(24)流向第二膨胀阀(26)的中压液态制冷剂进行热交换的液气热交换器(25)。
【专利说明】制冷装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制冷装置，特别涉及性能系数(COP)和制热能力的提高措施。
【背景技术】
[0002]到目前为止，包括向压缩机喷射中压气态制冷剂的制冷剂回路的制冷装置已为众人所知，例如在专利文献I中已有公开。具体而言，该制冷装置的制冷剂回路由压缩机、热源侧热交换器、第一膨胀阀、气液分离器、第二膨胀阀以及利用侧热交换器依次连接而成，进行两级膨胀式制冷循环。在制冷剂回路中设置有向压缩机喷射气液分离器内的中压气态制冷剂的喷射管。通过向压缩机喷射中压气态制冷剂，那么在该制冷装置进行制热运转时，利用侧热交换器的制冷剂循环量就增大，故制热能力提高。因此，制热时的性能系数(COP)提闻，能量效率较闻的制热运转成为可能。
[0003]专利文献1:日本公开特许公报特开2009-222329号公报
【发明内容】
[0004]-发明要解决的技术问题-
[0005]在寒冷地区等室外气温较低的地区，希望制冷装置既能够提高制热能力又能够进行能量效率较高的制热运转。因此，可以考虑在上述专利文献I所公开的制冷装置中，设置用于增加压缩机的吸入制冷剂的过热度的液气热交换器。液气热交换器让已在热源侧热交换器蒸发的低压气态制冷剂与已在利用侧热交换器冷凝的高压液态制冷剂进行热交换。由于该液气热交换器的作用，低压气态制冷剂会过热，压缩机的吸入制冷剂的过热度增加。从压缩机中喷出的制冷剂的温度伴随着压缩机的吸入制冷剂的过热度增加而上升。这样一来，因为利用侧热交换器中的制冷剂的焓增大，所以利用侧热交换器的制热能力(加热能力)提闻°
[0006]但是，仅在专利文献I所公开的制冷装置中设置液气热交换器，会存在向压缩机喷射中压气态制冷剂所带来的性能系数(COP)的提高效果减小这样的问题。参照图11对这一点做具体的说明。
[0007]在压缩机中，低压气态制冷剂(该图中的点a)被压缩到高压后被喷出(该图中的点b)。从压缩机中喷出的高压制冷剂在利用侧热交换器中与室内空气进行热交换而冷凝(该图中的点C)。室内空气因此而被加热，实现了对室内的制热。在利用侧热交换器中冷凝的高压液态制冷剂在液气热交换器中与低压气态制冷剂进行热交换而成为过冷却状态(该图中的点d)。成为过冷却状态后的高压液态制冷剂经第一膨胀阀减压后成为中压制冷剂(该图中的点e)。经第一膨胀阀减压的中压制冷剂流入气液分离器，被分离为液态制冷剂和气态制冷剂。在气液分离器中分离出来的中压液态制冷剂(该图中的点f)经第二膨胀阀减压后成为低压制冷剂(该图中的点g)。另一方面，利用喷射管向压缩机喷射在气液分离器中分离出来的中压气态制冷剂(该图中的点i)。经第二膨胀阀减压后的低压制冷剂在热源侧热交换器中蒸发而成为低压气态制冷剂(该图中的点h)。该低压气态制冷剂在液气热交换器中与高压液态制冷剂进行热交换而成为过热状态，被吸入压缩机(该图中的点a)。
[0008]如图1l(A)所示，在上述制冷剂流动的过程中，由于从利用侧热交换器流出的高压液态制冷剂通过液气热交换器变成过冷却状态，因此在这之后经第一膨胀阀减压后流入气液分离器的中压制冷剂中的气态制冷剂的比例减少。结果是向压缩机喷射的气态制冷剂的量(喷射量)减少。于是，可以考虑:如图1l(B)所示，降低中压(该图中的点e、点f、点i处的压力)，增加气态制冷剂在流入气液分离器的中压制冷剂中所占的比例。但是，在该情况下，因为中低压的压力差(例如该图中的点f和点g的压力差)减小，所以气态制冷剂从气液分离器向压缩机的流动会很困难。因此，在该情况下，也是向压缩机喷射的气态制冷剂的量(喷射量)减少。这样一来，因为从气液分离器朝向压缩机的喷射量减少，所以收不到性能系数(COP)充分提高的效果。其结果是，不能进行能量效率较高的制热运转。
[0009]本发明正是为解决上述问题而完成的，其目的在于:在包括从气液分离器向压缩机喷射中压气态制冷剂的制冷剂回路的制冷装置中，既能够提高制热能力，又能够进行能量效率较高的制热运转。
[0010]-用于解决技术问题的技术方案-
[0011]第一方面发明以制冷装置为对象。其包括制冷剂回路20，该制冷剂回路20通过将压缩机构21、利用侧热交换器22、第一膨胀阀23、气液分离器24、第二膨胀阀26以及热源侧热交换器27依次连接起来而成，进行两级膨胀式制冷循环。所述制冷剂回路20中包括气态制冷剂喷射管2c和液气热交换器25。该气态制冷剂喷射管2c供所述气液分离器24中的气态制冷剂流向所述压缩机构21的压缩途中某处，在该液气热交换器25中，在所述热源侧热交换器27中蒸发后流向所述压缩机构21的气态制冷剂与从所述气液分离器24流向所述第二膨胀阀26的液态制冷剂进行热交换。
[0012]在所述第一方面发明中，在制冷剂通过制热循环进行循环的情况下，利用侧热交换器22起冷凝器(放热器)的作用，热源侧热交换器27起蒸发器的作用。在该情况下，通过利用侧热交换器22冷凝的高压液态制冷剂经第一膨胀阀23减压后成为中压制冷剂，在气液分离器24中分离为中压液态制冷剂和中压气态制冷剂。已分离出的中压液态制冷剂流向液气热交换器25。而且,在热源侧热交换器27中蒸发的低压气态制冷剂在液气热交换器25中与中压液态制冷剂进行热交换而过热，之后被吸入压缩机21。
[0013]第二方面发明这样的，在所述第一方面发明中，该制冷装置包括中压设定部41和阀控制部45。该中压设定部41设定所述制冷循环的中压，以使所述液气热交换器25中的液态制冷剂和气态制冷剂的液气温度差达到所述液气热交换器25中的液态制冷剂和气态制冷剂的必要液气温度差以上，并且使所述气态制冷剂喷射管2c中的气态制冷剂的量达到最大，其中，所述必要液气温度差根据所述压缩机构21的吸入制冷剂的与所述利用侧热交换器22的必要加热能力相对应的必要过热度求出。该阀控制部45对所述第一膨胀阀23和第二膨胀阀26中的至少一方进行控制，以使所述制冷循环的中压成为所述中压设定部41的设定值。
[0014]在所述第二方面发明中，满足利用侧热交换器22的必要加热能力(必要制热能力)所需要的压缩机构21的吸入制冷剂的过热度已确定。为了使液气热交换器25中的中压液态制冷剂和低压气态制冷剂的温度差(液气温度差)达到满足必要过热度所需的温度差(必要液气温度差)以上，对制冷循环的中压进行设定。而且，为了使从气液分离器24流向压缩机21的中压气态制冷剂的量(气态制冷剂喷射量)达到最大，对制冷循环的中压进行设定。为了使实际的制冷循环的中压达到所设定的值，对第一膨胀阀23、第二膨胀阀26的开度进行调节。
[0015]第三方面发明是这样的，在所述第二方面发明中，所述中压设定部41包括暂时设定部42和决定部43。该暂时设定部42，对事先根据所述压缩机构21的吸入制冷剂的必要过热度决定出的所述制冷循环的性能系数达到最大的所述制冷循环的中压的暂时设定值进行设定。如果在由所述暂时设定部42设定出暂时设定值以后，所述压缩机构21的吸入制冷剂的过热度达到所述必要过热度，该决定部43则从所述液气热交换器25中的气态制冷剂的入口温度和出口温度计算出所述液气热交换器25中的液态制冷剂和气态制冷剂的必要热交换量，再从该必要热交换量计算出所述液气热交换器25中的液态制冷剂和气态制冷剂的必要液气温度差，当所述液气热交换器25中的液态制冷剂和气态制冷剂的实际的液气温度比所述必要液气温度差大时，该决定部43使所述暂时设定部42的暂时设定值成为所述制冷循环的中压设定值，当在所述必要液气温度差以下时，该决定部43使事先根据该必要液气温度差决定出的中压成为所述制冷循环的中压设定值。当所述暂时设定部42设定出暂时设定值时，所述阀控制部45对所述第一膨胀阀23和第二膨胀阀26中的至少一方进行控制以使所述制冷循环的中压成为所述暂时设定值，当由所述决定部43将设定值决定下来时，所述阀控制部45对所述第一膨胀阀23和第二膨胀阀26中的至少一方进行控制以使所述制冷循环的中压成为所述设定值。
[0016]在所述第三方面发明中，根据必要过热度对性能系数达到最大的中压暂时设定值进行设定。暂时设定值被设定以后，对第一膨胀阀23、第二膨胀阀26的开度进行调节以使实际的中压达到暂时设定值。当压缩机21的吸入制冷剂的过热度达到必要过热度时，便能够根据液气热交换器25中气态制冷剂的入口温度和出口温度的温度差将液气热交换器25中的液态制冷剂和气态制冷剂的必要热交换量计算出来。接着，将满足必要热交换量所需的液气热交换器25的必要液气温度差计算出来。在实际的液气温度差大于必要液气温度差的情况下，所述暂时设定值成为中压设定值；在实际的液气温度差在必要液气温度差以下的情况下，与必要液气温度差相对应的中压成为设定值。
[0017]-发明的效果-
[0018]如上所述，根据本发明的制冷装置，包括供气液分离器24中的中压气态制冷剂流向压缩机21的压缩途中某处的气态制冷剂喷射管2c、和让在热源侧热交换器27中蒸发后流向压缩机21的气态制冷剂与从气液分离器24流向第二膨胀阀26的中压液态制冷剂进行热交换的液气热交换器25。因此，能够向压缩机21喷射足够量的气态制冷剂，并且能够充分地获得压缩机21的吸入制冷剂的过热度。因此，制冷循环的性能系数(COP)的提高和制热能力的提高能够同时充分地得以实现。结果进行的是既满足了必要制热能力、能量效率又较高的制热运转。
[0019]根据第二方面发明的制冷装置，决定中压设定值，以使实际的液气温度差达到为了使压缩机21的吸入制冷剂的过热度满足必要过热度的必要液气温度差以上，且由气态制冷剂喷射管2c喷射的气态制冷剂达到制冷循环的性能系数最佳的流量。因此，能够设定既满足必要制热能力且使制冷循环的性能系数最佳的中压。这样一来，能够满足必要能力，且能够可靠地进行能量效率较高的制热运转。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]【图I】图I是实施方式所涉及的空调装置的制冷剂回路图。
[0021]【图2】图2是表示实施方式所涉及的进行制热运转时的制冷剂回路中的制冷剂的热力状态的莫里尔图。
[0022]【图3】图3是表示控制器的控制动作的流程图。 [0023]【图4】图4是表示暂时中压Pml的决定动作的流程图。
[0024]【图5】图5是表不暂时设定部的表之一例的图。
[0025]【图6】图6是表不暂时设定部的表之一例的图。
[0026]【图7】图7是用于说明中压和COP之间的关系的图。
[0027]【图8】图8是表示中压设定值Pm的决定动作的流程图。
[0028]【图9】图9是用以说明液气热交换器中的液态制冷剂和气态制冷剂的温度关系的图。
[0029]【图10】图10是用以说明中压与COP和液气温度差之间的关系的图。
[0030]【图11】图11是表示现有技术中的空调装置所涉及的制冷剂回路中的制冷剂的热力状态的莫里尔图，（B)所示状态下的中压低于（A)所示状态。
【具体实施方式】
[0031]下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下实施方式是本质上优选的示例，并没有限制本发明、本发明的应用对象或本发明的用途范围的意图。
[0032]如图I所示，本实施方式中的空调装置10进行制热运转，构成本发明所涉及的制冷装置。
[0033]空调装置10包括制冷剂循环而进行两级膨胀式制冷循环的制冷剂回路20。制冷剂的压缩机构即压缩机21、利用侧热交换器即室内热交换器22、第一膨胀阀23、气液分离器24、液气热交换器25、第二膨胀阀26以及热源侧热交换器即室外热交换器27经管道连接起来即构成制冷剂回路20，制冷剂回路20构成为闭回路。
[0034]压缩机21具有吸入制冷剂后并进行压缩的压缩室（未图示），例如涡旋型、旋转型的回转式压缩机。压缩机21的喷出侧经由喷出侧管道2b与室内热交换器22的气侧端相连接。室内热交换器22的液侧端经由第一膨胀阀23与气液分离器24相连接。
[0035]液气热交换器25具有液侧流路25a和气侧流路25b。液气热交换器25的液侧流路25a，其一端与气液分离器24相连接，另一端经第二膨胀阀26与室外热交换器27的液侧端相连接。液气热交换器25的气侧流路25b，其一端与室外热交换器27的气侧端相连接，另一端经吸入侧管道2a与压缩机21的吸入侧相连接。
[0036]室内热交换器22和室外热交换器27是让制冷剂与送入的空气进行热交换的空气热交换器。液气热交换器25让在液侧流路25a中流动的液态制冷剂和在气侧流路25b中流动的气态制冷剂进行热交换。也就是说，液气热交换器25让在室外热交换器27中蒸发后流向压缩机21的气态制冷剂与从气液分离器24流向第二膨胀阀26的液态制冷剂进行热交换。第一膨胀阀23和第二膨胀阀26由开度能够调节的电动阀构成。[0037]气液分离器24将从第一膨胀阀23流入的制冷剂分离为液态制冷剂和气态制冷齐U。气态制冷剂喷射管2c连接在气液分离器24和压缩机21之间。具体而言，气态制冷剂喷射管2c的流入端与气液分离器24的气层连通，流出端与压缩机21的中间口（未图示）相连接。压缩机21的中间口与制冷剂处于压缩途中的压缩室连通。也就是说，气态制冷剂喷射管2c让气液分离器24中的气态制冷剂流向压缩机21中的压缩途中某处。
[0038]在制冷剂回路20中设置有各种传感器。具体而言，在液气热交换器25的液侧流路25a的入口侧管道上设置有第一温度传感器31 ;在气侧流路25b的出口侧管道（亦即吸入侧管道2a)上设置有第二温度传感器32 ;在室内热交换器22的出口侧管道上设置有第三温度传感器33 ;在吸入侧管道2a上还设置有压力传感器34。第一到第三温度传感器31-33检测制冷剂的温度；压力传感器34检测制冷剂的压力。
[0039]空调装置10包括控制器40。控制器40对压缩机21的排气量进行控制，另一方面，控制器40具有中压设定部41和阀控制部45。中压设定部41构成为：基于必要制热能力决定制冷循环的中压设定值。中压设定部41具有暂时设定部42和决定部43。阀控制部45构成为：对第一膨胀阀23和第二膨胀阀26中的至少一方的开度进行控制，以使制冷循环的中压成为中压设定部41的设定值。中压设定部41的决定动作的详情后述。
[0040]本实施方式的制冷剂回路20中填充有作为制冷剂的由HF0_1234yf (2，3，3，3_四氟-I-丙烷）形成的单一制冷剂。此外，HF0-1234yf的化学式用CF3-CF=CH2表示。也就是说，该制冷剂是由用分子式C3HmFn(其中，m和η为I以上且5以下的整数，m+n=6的关系成立）表示且分子结构中具有一个双键的制冷剂形成的单一制冷剂中的一种。
[0041]-运转动作-
[0042]接着，参照图I和图2说明上述空调装置10是如何进行制热运转的。
[0043]压缩机21中，从吸入侧管道2a流入的低压气态制冷剂（图2中的点A)被压缩到高压后被喷出（该图中的点B)。从压缩机21喷出的高压制冷剂在室内热交换器22中与室内空气进行热交换而冷凝（该图中的点C)。这样一来，室内空气被加热，实现了室内的制热。
[0044]在室内热交换器22中已冷凝的高压制冷剂经第一膨胀阀23减压后成为中压制冷剂（该图中的点D)。经第一膨胀阀23减压的中压制冷剂流入气液分离器24，被分离为液态制冷剂和气态制冷剂。在气液分离器24中被分离出的中压液态制冷剂流入液气热交换器25的液侧流路25a (该图中的点E)，在气液分离器24中被分离出的中压气态制冷剂流经气态制冷剂喷射管2c流入压缩机21的中间口（该图中的点I)。
[0045]在液气热交换器25中，流入液侧流路25a的中压液态制冷剂与在气侧流路25b中流动的低压气态制冷剂进行热交换而成为过冷却状态（该图中的点F)。在液气热交换器25中变成过冷却状态的中压液态制冷剂经第二膨胀阀26减压后成为低压制冷剂（该图中的点G)。经第二膨胀阀26减压的低压制冷剂在室外热交换器27中与室外空气进行热交换而蒸发（该图中的点H)。在室外热交换器27中已蒸发的低压气态制冷剂流入液气热交换器25的气侧流路25b，如上所述，与在液侧流路25a中流动的中压液态制冷剂进行热交换。这样一来，处于该图中的点H的低压气态制冷剂变成过热状态而成为该图中的点A处的制冷剂，再次被吸入压缩机21。也就是说，在液气热交换器25中，在液侧流路25a中流动的液态制冷剂的温度比在气侧流路25b中的气态制冷剂高。虽然被吸入压缩机21的制冷剂被压缩最终升压到高压(该图中的点B)，但是在该压缩途中会与从气态制冷剂喷射管2c流入的中压气态制冷剂混合(该图中的点I)。
[0046]如上所述，因为从室内热交换器22流出的高压液态制冷剂经第一膨胀阀23减压后流入气液分离器24，所以无需中压下降那么多，也能够充分确保气液分离器24中的中压气态制冷剂的比例。而且，因为无需中压下降那么多，所以能够充分确保中压和低压之间的压力差。这样一来，就能够从气液分离器24向压缩机21喷射足够量的气态制冷剂。因此能够使性能系数(COP)提高。
[0047]因为从室外热交换器27流出的低压气态制冷剂在液气热交换器25中变成过热状态，所以能够使压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH增大。这样一来，因为从压缩机21喷出的制冷剂的温度上升，所以能够使室内热交换器22内的制冷剂的焓增大。因此，制热能力提闻。
[0048]如上所述，能够进行制热能力提高、性能系数较高的制热运转。因此，能够进行既确保了必要制热能力、能量效率又较高的运转。
[0049]-中压设定值的决定-
[0050]接下来，参照图3到图10对中压设定部41所进行的决定中压设定值Pm(以下简单地称其为设定值Pm)的决定动作做说明。
[0051]中压设定部41按照图3所示的流程图决定中压设定值Pm。具体而言，首先，在步骤STl中，决定暂时中压Pml。接着，由阀控制部45对第一膨胀阀23、第二膨胀阀26的开度进行控制，以使制冷循环的中压成为暂时中压Pml (步骤ST2)。如果在中压设定部41确认出过热度SH达到目标值(步骤ST3)，中压设定值Pm就被决定下来了(步骤ST4)。接着，对第一膨胀阀23、第二膨胀阀26的开度进行控制，以使制冷循环的中压成为中压设定值Pm(步骤ST5)。此外，制冷循环的中压是图2所示的点D、点E、点F以及点I下的制冷剂的压力。
[0052]<暂时设定部的动作>
[0053]由中压设定部41的暂时设定部(42)决定上述暂时中压Pml (步骤STl)。暂时设定部42根据图4所示的流程图设定暂时中压Pml。该暂时中压Pml是制冷循环的中压的暂时设定值。首先，必要制热能力被输入暂时设定部42 (步骤ST11)。该必要制热能力是室内热交换器22应该发挥的加热能力。
[0054]接着，暂时设定部42按照图5所示的表设定与必要制热能力相对应的必要过热度SH(步骤ST12)。这里，必要过热度SH是压缩机21吸入的制冷剂(即图2所示的A点下的制冷剂)的过热度SH的目标值。制热能力随着压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH而变化。例如，如果压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH增加，从压缩机21喷出的制冷剂(即图2所示的B点下的制冷剂)的温度就上升，流入室内热交换器22内的制冷剂的焓增大。这样一来，室内热交换器22的制热能力(加热能力)增大。图5所示的表中，设定的是为满足必要制热能力所需要的吸入制冷剂达到的过热度SH。
[0055]接着，暂时设定部42根据图6所示的表对应于必要过热度SH设定使制冷循环的性能系数(COP)最大的暂时中压Pml (步骤ST13)。这里所说的制冷循环的性能系数(COP)是室内热交换器22相对于压缩机21的输入所具有的制热能力(加热能力)，在图2中是BC间的焓差与AB间的焓差之比。在图6所示的表中，制冷循环的性能系数(COP)成为最大的中压是根据制热能力和过热度SH设定的。
[0056]象本实施方式的制冷剂回路20那样，如果向压缩机21喷射气液分离器24的中压气态制冷剂，室内热交换器22的制冷剂循环量就会增大该喷射量，室内热交换器22的制热能力增大。其结果是，制冷循环的性能系数提高(喷射效果)。也就是说，气态制冷剂喷射量越多，制热能力就会越大，制冷循环的性能系数就会越高。这里，如图7所示，因为气液分离器24中的气态制冷剂的比例随着制冷循环的中压上升而减少，所以从气态制冷剂喷射管2c流入压缩机21的气态制冷剂的量(气喷射量)减少。而且，虽然气液分离器24中的气态制冷剂的比例随着制冷循环的中压降低而增大，但是因中压和低压的压力差变小，所以气喷射量减少。由此可知，通过设定使气喷射量成为最大的中压，制冷循环的性能系数就会最大。也就是说，在步骤ST13中，如图7所示，设定制冷循环的性能系数最大即气喷射量最大的暂时中压Pml。此外，图5、图6所示的各个表事先存储在暂时设定部42中。
[0057]因为气液分离器24的中压气态制冷剂的温度比压缩机21的处于压缩途中的制冷剂的温度低，所以通过向压缩机21喷射中压气态制冷剂，从压缩机21喷出的制冷剂的温度就会降低。这样一来，压缩机21的输入会减少，室内热交换器22的制热能力会降低，但是因为压缩机21的输入的减少率较高，所以制冷循环的性能系数会提高。
[0058]当按以上所述设定好暂时中压Pml以后，就象以上所述那样，对第一膨胀阀23、第二膨胀阀26的开度进行控制以使制冷循环的中压成为暂时中压Pml (步骤ST2)。判断在中压设定部41压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH(吸入过热度SH)是否达到必要过热度SH(步骤ST3)。当达到了必要过热度SH时，则进入中压设定值Pm的决定动作(步骤ST4)。此外，压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH是从第二温度传感器32的检测温度减去与压力传感器34的检测压力相对应的饱和温度后所得到的值。
[0059]〈决定部的动作〉
[0060]由中压设定部41的决定部43决定中压设定值Pm(步骤ST4)。决定部43按照图8所示的流程图设定中压设定值Pm。
[0061]首先，由第三温度传感器33测量室外热交换器27的出口温度，由第二温度传感器32测量液气热交换器25的低温侧的出口温度，这些测量值被输入决定部43(步骤ST41)。从已输入该决定部43的两个出口温度之差来把握现在的液气热交换器25中的热交换量。此外，这里，将液气热交换器25中的液侧流路25a称为高温侧，将气侧流路25b称为低温侧。
[0062]接着，由决定部43从现在的制热能力和必要制热能力之差计算出制热能力的不足量，并计算出为补足该制热能力的不足量所需要在液气热交换器25进行的必要热交换量Q (步骤ST42)。也就是说，必要热交换量Q是为了在液气热交换器25中将气态制冷剂过热到必要过热度SH时所需要的热交换量。例如，设定为满足必要制热能力而需要从压缩机21喷出的制冷剂的温度(目标喷出温度)，设定为使喷出的制冷剂达到该目标喷出温度所需要的过热度SH (必要过热度SH)。
[0063]接着，由决定部43根据下式计算为使液气热交换器25中的热交换量成为必要热交换量Q而需要液态制冷剂和气态制冷剂之间具有的温度差(以下称为必要液气温度差Δ Tmin)(步骤ST43)。也就是说，必要液气温度差Λ Tmin是气态制冷剂在液气热交换器25中被过热到必要过热度SH而需要液态制冷剂和气态制冷剂之间具有的温度差。[0064]Δ Tmin=Q / KA
[0065]这里，K表不液气热交换器25的总传热系数(热交换器性能)，A表不液气热交换器25的传热面积。
[0066]接着，由决定部43判断实际的液气温度差ΛΤ是否比必要液气温度差ATmin大(步骤ST44)。实际的液气温度差AT是由第一温度传感器(31)测得的液气热交换器25的高温侧的入口温度和由第二温度传感器32测得的液气热交换器25的低温侧的出口温度之间的温度差。也就是说，液气温度差AT是液气热交换器25中的液态制冷剂的入口温度和气态制冷剂的出口温度之间的温度差。如图9所示，在液气热交换器25中，液侧流路25a中的液态制冷剂的温度随着从入口侧朝向出口侧逐渐下降，另一方面，气侧流路25b中的气态制冷剂的温度随着从入口侧朝向出口侧逐渐上升。液侧流路25a中的液态制冷剂和气侧流路25b中的气态制冷剂的温度差从入口侧到出口侧为一定值。
[0067]在实际的液气温度差Λ T大于必要液气温度差ATmin的情况下，由决定部43将中压设定值Pm决定为上述暂时中压Pml (步骤ST46)。在该情况下，相当于图10所示的“情形1”，这里将必要液气温度差Λ Tmin定为必要液气温度差ATminl。制冷循环的中压通过进行上述步骤ST2而成为暂时中压Pml。因此，实际的液气温度差ΛΤ是制冷循环的中压成为暂时中压Pml时的值(图10所示的点J)。实际的液气温度差AT比必要液气温度差ATminl大，意味着压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH满足必要过热度SH，室内热交换器22的制热能力满足必要制热能力。因此，在该情况下，暂时中压Pml被直接作为中压设定值Pm设定下来。这样一来，就设定了一个既满足必要制热能力又使制冷循环的性能系数最大的中压。
[0068]在该“情形I”的情况下，因为实际的液气温度差ΛΤ比必要液气温度差ATminl大，所以室内热交换器22的制热能力会超过必要制热能力。于是，如果暂时地象图10所示的点M那样，将中压设定值Pm设定为与必要液气温度差ATminl相对应的值(小于暂时中压Pml的值)的话，虽然必要制热能力能够得到满足，但制冷循环的性能系数会下降。这样一来就会成为能量效率不良的运转。相对于此，在本实施方式中，能够以最佳的能量效率进行制热运转。
[0069]在实际的液气温度差Λ T在必要液气温度差Λ Tmin以下的情况下，决定部43重复地将暂时中压Pml变更为Pml+α这一值，一直到液气温度差Λ T大于必要液气温度差ATmin为止(步骤ST45)，将该变更后的暂时中压Pml设定为中压设定值Pm(步骤ST46)。该情况相当于图10所示的“情形2”、“情形3”，这里将必要液气温度差ATmin分别定为必要液气温度差ATmin2、ATmin3。制冷循环的中压通过进行上述步骤ST2成为暂时中压Pml0因此，实际的液气温度差AT是制冷循环的中压成为暂时中压Pml时的值(图10所示的J点)。实际的液气温度差AT比必要液气温度差ATmin2、ATmin31小，意味着压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH还没有满足必要过热度SH，室内热交换器22的制热能力还没有满足必要制热能力。因此，该情况下，如果让暂时设定部42设定的暂时中压Pml成为该中压设定值Pm，制冷循环的性能系数就会最大，但成为设定了不能满足必要制热能力的中压。也就是说变成进行能力不足的制热运转。
[0070]于是，在本实施方式中，象图10所示的K点(情形2)、L点(情形3)那样，中压设定值Pm被决定为与必要液气温度差Λ Tmin2、Δ Tmin3相对应的值。也就是说，中压设定值Pm被决定为值(Pml+α)，该值(Pml+a)大于暂时设定部42设定的暂时中压Pml。这样一来，设定的中压能够使压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH满足必要过热度SH，同时能够使室内热交换器22的制热能力满足必要制热能力。通过将中压设定值Pm设定为大于暂时设定部42设定的暂时中压Pml的值，就是设定了一个虽然制冷循环的性能系数不再成为最大，但是在压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH满足必要过热度SH的范围内制冷循环的性能系数最大的中压。这样一来，所进行的中压设定既满足必要制热能力又使制冷循环的性能系数最佳。
[0071]如上所述，由本实施方式的中压设定部41决定中压设定值Pm，以使实际的液气温度差AT达到为了使压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH满足必要过热度的必要液气温度差ATmin以上，且喷射的气态制冷剂达到制冷循环的性能系数最佳的流量。
[0072]-实施方式的效果-
[0073]本实施方式中的制冷剂回路20包括供气液分离器24中的中压气态制冷剂流向压缩机21的压缩途中某处的气态制冷剂喷射管2c、和让在室外热交换器27中蒸发后流向压缩机21的低压气态制冷剂与从气液分离器24流向第二膨胀阀26的液态制冷剂进行热交换的液气热交换器25。因此，能够向压缩机21喷射足够量的气态制冷剂，并且能够充分地获得压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH。结果是，既能够充分地提高制冷循环的性能系数(COP)，又能够充分地提高制热能力，二者可以两立。
[0074]本实施方式中的中压设定部41决定中压设定值Pm，以使实际的液气温度差Λ T达到为了使压缩机21的吸入制冷剂的过热度SH满足必要过热度的必要液气温度差ATmin以上，且由气态制冷剂喷射管2c喷射的气态制冷剂达到制冷循环的性能系数最佳的流量。因此就能够进行不仅满足必要制热能力且使制冷循环的性能系数最佳的中压设定。这样一来，就能够进行不仅满足必要能力且能量效率较高的制热运转。
[0075]在本实施方式中，作为制冷剂使用了由HF0-1234yf(2，3，3，3-四氟-1-丙烷)形成的单一制冷剂。低温时该HF0-1234yf(2，3，3，3-四氟-1-丙烷)的性能会下降。也就是说，因为低温时这种制冷剂密度极低，所以制冷剂回路20中的制冷剂循环量不足。其结果是，当外界气温较低时，满足必要制热能力是困难的。但是根据本实施方式，如上所述，能够充分地满足必要制热能力。
[0076]-产业实用性-
[0077]综上所述，本发明对于进行两级膨胀式制冷循环的制冷装置有用。
[0078]-符号说明-
[0079]10空调装置(制冷装置)
[0080]20制冷剂回路
[0081]21压缩机(压缩机构)
[0082]22室内热交换器(利用侧热交换器)
[0083]23第一膨胀阀
[0084]24气液分离器
[0085]25液气热交换器
[0086]26第二膨胀阀
[0087]27室外热交换器(热源侧热交换器)[0088]41中压设定部
[0089]42暂时设定部
[0090]43决定部
[0091]45阀控制部
[0092]2c气态制冷剂喷射管
【权利要求】
1.一种制冷装置，其包括制冷剂回路（20)，该制冷剂回路（20)通过将压缩机构（21)、利用侧热交换器（22)、第一膨胀阀（23)、气液分离器（24)、第二膨胀阀（26)以及热源侧热交换器（27)依次连接起来而成，进行两级膨胀式制冷循环，其特征在于： 所述制冷剂回路（20)中包括气态制冷剂喷射管（2c)和液气热交换器（25)， 该气态制冷剂喷射管（2c)供所述气液分离器（24)中的气态制冷剂流向所述压缩机构(21)的压缩途中某处， 在该液气热交换器（25)中，在所述热源侧热交换器（27)中蒸发后流向所述压缩机构(21)的气态制冷剂与从所述气液分离器（24)流向所述第二膨胀阀（26)的液态制冷剂进行热交换。
2.根据权利要求I所述的制冷装置，其特征在于： 该制冷装置包括中压设定部（41)和阀控制部（45)， 该中压设定部（41)设定所述制冷循环的中压，以使所述液气热交换器（25)中的液态制冷剂和气态制冷剂的液气温度差达到所述液气热交换器（25)中的液态制冷剂和气态制冷剂的必要液气温度差以上，并且使所述气态制冷剂喷射管（2c)中的气态制冷剂的量达到最大，其中，所述必要液气温度差根据所述压缩机构（21)的吸入制冷剂的与所述利用侧热交换器（22)的必要加热能力相对应的必要过热度求出， 该阀控制部（45)对所述第一膨胀阀（23)和第二膨胀阀（26)中的至少一方进行控制，以使所述制冷循环的中压成为所述中压设定部（41)的设定值。
3.根据权利要求2所述的制冷装置，其特征在于： 所述中压设定部（41)包括暂时设定部（42)和决定部（43)， 该暂时设定部（42)，其对事先根据所述压缩机构（21)的吸入制冷剂的必要过热度决定出的所述制冷循环的性能系数达到最大的所述制冷循环的中压的暂时设定值进行设定， 如果在由所述暂时设定部（42)设定出暂时设定值以后，所述压缩机构（21)的吸入制冷剂的过热度达到所述必要过热度，该决定部（43)则从所述液气热交换器（25)中的气态制冷剂的入口温度和出口温度计算出所述液气热交换器（25)中的液态制冷剂和气态制冷剂的必要热交换量，再从该必要热交换量计算出所述液气热交换器（25)中的液态制冷剂和气态制冷剂的必要液气温度差，当所述液气热交换器（25)中的液态制冷剂和气态制冷剂的实际的液气温度比所述必要液气温度差大时，该决定部（43)使所述暂时设定部（42)的暂时设定值成为所述制冷循环的中压设定值，当在所述必要液气温度差以下时，该决定部（43)使事先根据该必要液气温度差决定出的中压成为所述制冷循环的中压设定值， 当所述暂时设定部（42)设定出暂时设定值时，所述阀控制部（45)对所述第一膨胀阀(23)和第二膨胀阀（26)中的至少一方进行控制以使所述制冷循环的中压成为所述暂时设定值， 当由所述决定部（43)将设定值决定下来时，所述阀控制部（45)对所述第一膨胀阀(23)和第二膨胀阀（26)中的至少一方进行控制以使所述制冷循环的中压成为所述设定值。
【文档编号】F25B1/00GK103765124SQ201280041153
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2011年9月1日
【发明者】古井秀治, 古庄和宏, 杨洋 申请人:大金工业株式会社