热泵装置的制作方法

本公开涉及热泵装置。

背景技术：

1、热泵装置(例如，使用二氧化碳作为制冷剂的热泵热水器)通常在诸如气温、水温和热水供应需求的操作条件易于波动的环境中操作。因此，制冷剂循环回路中的高压空间和低压空间中的压力易于波动，为了维持正常操作，需要快速且适当地调节在制冷剂循环回路中循环的制冷剂的量。

2、引用列表

3、专利文献

4、专利文献1：日本专利no.3602116

5、专利文献2：中国实用新型no.209214113

6、日本专利no.3602116中公开的热泵热水供应装置被构造成通过在预定最低温度和最高温度下操作附接到缓冲罐的加热器来加热缓冲罐以将缓冲罐中的制冷剂排出。

7、中国实用新型no.209214113中公开的热泵热水供应装置被构造成通过不仅设置有加热装置还设置有冷却装置的制冷剂量调节机构来使缓冲罐中的制冷剂的温度升高或降低。

技术实现思路

1、技术问题

2、图5示出了热泵装置(例如热泵热水供应装置)中的制冷剂量调节机构的基本构造。如图5所示，制冷剂量调节机构包括缓冲罐21、加热单元221和冷却单元222。缓冲罐21具有用于存储二氧化碳制冷剂的容器主体211，容器主体211的内部经由制冷剂分支管tb2与高压侧制冷剂管th连通。制冷剂加热回路221包括加热制冷剂管t1s、第一控制阀221a和制冷剂分支管tb3。加热制冷剂管t1s的一端经由第一控制阀221a通过制冷剂分支管tb3连接到压缩机11的高压侧hs的高压制冷剂管th，另一端通过制冷剂分支管tb3连接到制冷剂膨胀阀14的低压侧lb的低压冷却管tl。仅当第一控制阀221a打开时，来自压缩机11的高压侧hs的高温制冷剂经由加热制冷剂管t1s与容器主体211交换热量，并且然后流到制冷剂膨胀阀14的低压侧lb。另一方面，制冷剂冷却回路222包括冷却制冷剂管t2s、第二控制阀222a、制冷剂分支管tb4。冷却制冷剂管t2s的一端经由第二控制阀222a通过制冷剂分支管tb4连接到制冷剂膨胀阀14的低压侧lb的低压制冷剂管tl，另一端通过制冷剂分支管tb4连接到蒸发器15的下游侧的低压制冷剂管tl。仅当第二控制阀222a打开时，来自制冷剂膨胀阀14的低压侧lb的低温制冷剂通过冷却制冷剂管t2s与容器主体211交换热量，并且然后流到蒸发器15的下游侧。

3、然而，在图5所示的制冷剂量调节机构中，当从压缩机11的高压侧hs引入的高温制冷剂通过第一控制阀221被排出时，压力显著下降，使得流过加热制冷剂管t1s的制冷剂的温度显著下降。因此，难以在短时间内使容器主体211中的温度上升。另外，由于从蒸发器15的下游侧通过第二控制阀流到冷却制冷剂管t2s的低温制冷剂在与容器主体211进行热交换之后直接流到制冷剂热交换器13的上游侧，因此跨冷却制冷剂管t2s的压力差小，并且制冷剂的流量趋于不稳定。因此，难以在短时间内降低缓冲罐中的温度。另外，在加热制冷剂管t1s的下游侧的制冷剂分支管tb3连接在膨胀阀14的制冷剂出口与蒸发器15的制冷剂入口之间，该空间是制冷剂液体和饱和制冷剂气体以混合状态存在于其中的空间，并且制冷剂流入蒸发器15中以通过与空气进行热交换而被冷却，当从加热制冷剂管t1s排出的高温(例如50℃)过热气体进入时，制冷剂的冷却被不利地影响。

4、期望一种包括具有更宽的制冷剂温度调节范围、更高的调节精度以及更快的加热/冷却控制响应的缓冲罐的热泵装置。

5、期望一种热泵装置，在其中的缓冲罐能够快速且适当地排出或收集制冷剂。

6、期望一种热泵，其能够有效地调节用于收集制冷剂循环回路的高压空间中的制冷剂或将制冷剂排出到该高压空间中的缓冲罐中的温度。

7、另外，在常用的热泵热水器中，为了以最佳效率操作热泵热水器同时跟上由于季节导致的温度改变，仅需要通过对存在于缓冲罐中的制冷剂进行加热和冷却来调节最佳量。换句话说，最多每小时地跟踪变化足以，例如季节和每日温度改变。但是，近年来，不仅频繁地进行热水存储操作(加热自来水，并且将热水以65至90℃存储在热水存储罐中)，而且频繁地进行用于加热热量存储罐中的热水以供地板加热的循环和热量存储操作(整个罐几乎是均匀的，并且设定温度通常设定为45至55℃)。

8、在这种情况下，两种类型的罐，热水存储罐和热量存储罐附接到一个系统，并且当从热水存储操作切换为热量存储操作或从热量存储操作切换为热水存储操作时，需要切换每个罐并且操作热泵装置。在这种情况下，需要使制冷剂的量相对于热水存储操作(例如，利用水热交换器将自来水加热到20℃至90℃)所需的高压制冷剂的量和循环加热操作(例如，55至60℃)中的热泵加热所需的制冷剂的量减少约30％。为此目的，需要将缓冲罐的温度降低大约30℃以吸收制冷剂。期望能够在尽可能短的时间内调节缓冲罐的温度，以便能够应对瞬时操作切换。

9、在缓冲温度的降低延迟的情况下，则无法被吸收的制冷剂一度被排出并积聚在储液器中，并且需要防止超过储液器的积聚量的制冷剂进一步流入压缩机中而成为被称为制冷剂液体压缩的操作状态。因此，期望以秒或分钟为单位冷却缓冲罐(例如，将缓冲表面的温度控制在30℃至10℃或更低)。

10、问题的解决方案

11、公开了一种热泵装置，在该热泵装置中连接有压缩机、气体冷却器、制冷剂热交换器、制冷剂膨胀阀和蒸发器以构造制冷剂循环回路，其中，热泵装置包括缓冲罐和第一制冷剂管，该缓冲罐的一端连接到制冷剂膨胀阀的高压侧并且该缓冲罐被布置成存储制冷剂，该第一制冷剂管的一端连接到压缩机的高压侧并且该第一制冷剂管的另一端连接到蒸发器的下游侧并且该第一制冷剂管被布置成与缓冲罐交换热量，其中，第一制冷剂管包括第一控制阀和第一流量调节器，该第一控制阀布置在压缩机的高压侧和缓冲罐之间以控制第一制冷剂管的打开和关闭，该第一流量调节器布置在缓冲罐与蒸发器的下游侧之间以控制制冷剂的流量。

12、根据本技术，例如，由于可以在短时间内以大范围调节用于收集高压空间中的制冷剂或将制冷剂排出到高压空间中的缓冲罐中的温度，因此能够快速且适当地调节在制冷剂循环回路中循环的制冷剂的量。即，在加热单元中，由于制冷剂从压缩机的高压侧通过第一控制阀被引入并通过第一阻力单元被排出到蒸发器的下游侧，所以制冷剂排出侧的压力变低，并且整个加热单元的压力变高。因此，高温制冷剂可被更稳定地引入。同时，由于第一阻力单元连接到加热制冷剂管的下游侧，所以加热制冷剂管的上游侧的压力升高，使得从第一控制阀排出的制冷剂的压力的下降被抑制，并且流过加热制冷剂管的制冷剂的温度的下降被抑制。因此，缓冲罐中的温度可以快速升高。另一方面，在冷却单元中，由于制冷剂从制冷剂膨胀阀的高压侧经由第二控制阀被引入并且被排出到蒸发器的下游侧，所以制冷剂引入侧(也称为上游侧)的压力增加并且跨整个冷却区段的压力差增加，使得低温制冷剂可以被更有效地引入。同时，由于通过流过第二阻力单元在温度已经降低之后的制冷剂流入冷却制冷剂管中，所以可以快速地冷却缓冲罐中的制冷剂。

13、在该技术中，例如，压缩机的高压侧、气体冷却器、制冷剂热交换器的高压部分和制冷剂膨胀阀的高压侧可以经由作为制冷剂循环路径的一部分的高压制冷剂管顺序地连接，以构造制冷剂循环回路的高压空间。制冷剂膨胀阀的低压侧、蒸发器、制冷剂热交换器的低压部分和压缩机的低压侧可以经由作为制冷剂循环路径的一部分的低压制冷剂管顺序地连接，以构造制冷剂循环回路的低压空间。储液器可以连接在从蒸发器的排出侧到压缩机的引入侧的区段中，并且制冷剂分流回路可以设置在压缩机的高压侧和制冷剂膨胀阀的低压侧之间。缓冲罐可连接到从高压制冷剂管分支的制冷剂分支管，控制单元可基于包括被引入到压缩机中的制冷剂的过热度的操作信息来控制第一控制阀和第二控制阀的打开和关闭。

14、根据上述结构，例如，可以构造其中的高压空间的比例小且更安全和更有效的循环回路，并且可以根据全年的温度更快速和精确地调节在循环回路中循环的制冷剂的量。另外，由于控制器基于包括被引入到压缩机中的制冷剂的过热度的操作信息来控制温度调节单元，因此可以根据操作状态快速且适当地调节在制冷剂循环回路的高压空间中循环的制冷剂的量。结果，由于制冷剂循环回路中的高压空间中的压力和低压空间中的过热度被适当地维持，因此能够提高热泵装置的安全性、稳定性和操作效率。

15、在上述热泵装置中，例如，加热制冷剂管和冷却制冷剂管可以布置在缓冲罐的外壁上或容器中。根据该结构，例如，可以通过简单的结构容易地调节缓冲罐中的温度。

16、在上述热泵装置中，例如，第一阻力单元可以是毛细管。根据该构造，可以使与缓冲罐进行热交换之后的制冷剂的流动通道变窄。

17、在热泵装置中，例如，第二阻力单元可以是毛细管。根据该构造，可以使引入到冷却制冷剂管中的流动通道变窄。