CN100429464C - 热泵装置 - Google Patents

Abstract

一种热泵装置，具有由冷触媒管将压缩机、热水供应用换热器、减压装置、蒸发器连接成环状而构成的热泵回路，和使蒸发器的能力变化的送风装置；并且在从压缩机启动时经过规定时间后启动送风装置。

Description

热泵装置

技术领域

本发明涉及一种具备以冷触媒管连接压缩机、热水供应用换热器、膨胀阀及蒸发器构成的热泵回路的热水供应机等的热泵装置，特别是涉及一种压缩机启动时的冷冻循环稳定化技术。

背景技术

图9表示现有的热泵装置，以冷触媒管105连接压缩机101、散热器(冷凝器)102、减压装置103、蒸发器104，而使冷触媒循环。另外，蓄热水装置，以水管108连接蓄热水槽102和吸热器102，并利用热泵107使水循环。102在热泵装置中用作散热器的换热器、在蓄热水装置中用作吸热器的换热器，即是对热泵装置的散热器102的冷触媒与蓄热水装置的吸热器102的水进行热交换的水冷触媒换热器。该吸热后的水成为温水，贮存在蓄热水槽106中而利用(参照例如日本专利实开昭58-167836号公报)。

该热泵装置，使用加压到临界压力以上的冷触媒(二氧化碳)，该热泵装置的莫里尔图如图10所示。

另外，还提出一种方案，对利用热泵循环的热水供应机采用能力可变型压缩机(参照例如日本专利特开2003-247759号公报)。

作为能力可变型压缩机，采用如图11所示的涡旋压缩机。图11是有代表性的涡旋压缩机的剖面图，使从端板向上竖立有涡旋卷边的固定涡旋111和旋转涡旋112相啮合，而在双方间形成压缩室113。旋转涡旋112，一边由自转限制装置114限制其自转一边沿圆轨道旋转，压缩室113一边改变容积一边移动，从而进行冷触媒的吸入、压缩、喷出。在旋转涡旋112和支撑其背面侧的固定构件115之间的旋转涡旋112的背面中央部，设有利用润滑油赋予高压的高压部116；在上述背面的外周部设有施加比上述高压部116低的规定压力(背压)的背压室118，且该背压室118与该高压部116之间用密封圈117隔开；利用这些高压和背压，将旋转涡旋112向固定涡旋111推压，从而，其设定使旋转涡旋112不会脱离固定涡旋11发生倾覆(参照例如日本专利特开2002-266776号公报)。

不过，在采用这种涡旋压缩机的冷冻循环中，如运转启动时或外部气温高时那样，在高压冷触媒压力低而低压冷触媒压力高时、即压缩比低的运转状态时，在压缩室被压缩的高压冷触媒压力的力比将旋转涡旋向固定涡旋推压的力大。其结果是，旋转涡旋从固定涡旋脱离，高压的压缩室内的冷触媒向低压的压缩室漏泄，发生所说的倾覆，不能进行充分的压缩，在冷冻循环流动的冷触媒循环量降低、冷冻能力也降低。

另外，若为了抑制由于低压缩比产生的倾覆、而增大作用于旋转涡旋背面的推力，则在高压缩比的运转条件下，在旋转涡旋上产生过大的推力而引起异常磨损，因此存在不能过于增大作用于旋转涡旋背面的推力的问题。

特别是，在热泵的运转启动时，若与涡旋压缩机的启动配合来启动送风机，则蒸发器的压力升高、冷冻循环的压力差减小，因此，存在的问题是一直到可确保压力差之前涡旋压缩机的运转不稳定而成为倾覆状态，涡旋压缩机的可靠性降低且冷触媒管产生很大振动、发出异常的噪音。

发明内容

本发明即是鉴于现有技术中存在的这些问题点而产生的，其目的在于提供一种热泵装置，热泵装置启动时，在热泵装置内的冷冻循环中确保规定的压力差，尽量缩短涡旋压缩机运转不稳定而成为倾覆状态的时间，从而确保压缩机的可靠性，同时能防止冷触媒管的噪音、振动。

为了实现上述目的，本发明的热泵装置，其特征在于：具有由冷触媒管将压缩机、热水供应用换热器、减压装置、蒸发器连接成环状而构成的热泵回路，和使上述蒸发器的能力改变的送风装置；在从上述压缩机启动时经过规定时间后启动上述送风装置。根据该构成，能防止热泵的蒸发器的压力升高而在冷冻循环中能确保压力差地进行运转。从而，能使涡旋压缩机的运转不稳定而成为倾覆状态的时间最短，能确保涡旋压缩机的可靠性，同时能防止冷触媒管的噪音和振动等。

另外，也可以：在从减压装置出口到压缩机的低压侧设有冷触媒压力检测装置，在由冷触媒压力检测装置检测的检测值为规定值时启动送风装置。此时，以在涡旋压缩机从倾覆状态到复位之前降低低压的状态，启动送风装置，因此，能更加确实地缩短涡旋压缩机成为倾覆状态的时间。

并且，也可以：设有检测外部气温的外部气温检测装置，能在外部气温为规定值以上时不会由冷触媒压力检测装置产生启动，而在规定时间后启动。根据该构成，在外部气温高、通过启动送风装置容易使热泵装置内的蒸发器的压力急剧上升时，能在低压充分下降后启动送风装置，能防止由于送风装置启动而产生的涡旋压缩机的再倾覆状态。

另外，也可以：将送风装置的转速设定为呈阶梯性上升，此时，启动送风装置后，能使热泵的蒸发器的压力不会急剧上升而呈阶梯性上升，因此，不会由于启动送风装置而使涡旋压缩机压缩比下降，能更加确实地防止成为再次倾覆状态。

另外，本发明的热泵装置，其特征在于：具有由冷触媒管将压缩机、散热器、减压装置、蒸发器连接成环状而构成的冷冻循环，上述压缩机由具有固定涡旋和旋转涡旋的涡旋压缩机构成，在热泵装置中，设有检测其中流动的电流值的电流检测装置，当检测的电流值在规定时间内降低规定量以上或者该电流值降低到规定量以下时，控制减压装置的开度来增加冷冻循环的高低压力差，防止上述旋转涡旋脱离上述固定涡旋而发生倾覆。

根据该构成，在电流值骤减或者比通常运转时小时，若检测出不形成冷冻循环的压力差而使压缩机不正常压缩(即不正常旋转)，则能通过使减压装置的节流阀开度减压从而保持冷冻循环的压力差，成为使压缩机能正常压缩的稳定的运转状态。其结果是，能稳定冷冻循环且确保可靠性。

另外，采用运转容量可变的压缩机，在由电流检测装置检测出的电流值在规定时间内降低规定量以上或者该电流值降低到规定量以下时，由于增大压缩机的运转容量而能获得同样的效果。

另外，若将热泵回路设成冷触媒压力为临界压力以上的超临界热泵循环，则通过加热供应热水的水或空气，将热水供应用换热器内的冷触媒被加压至临界压力以上，因此，即使由热水供应用换热器的水夺去热而温度降低，也不会冷凝。从而，容易在热水供应用换热器的全部区域中形成冷触媒和水之间的温度差，能获得高温的热水，且能提高热交换效率。

另外，使用比较便宜而稳定的二氧化碳作为冷触媒，能抑制产品成本、提高可靠性。另外，二氧化碳臭氧破坏系数为零，地球温室化系数也非常小、为代替冷触媒HFC-407的约1700分之一，因此能提供有利于地球环境的产品。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的热泵装置的构成图。

图2是图1的热泵装置的热泵回路运转工作时的莫里尔图。

图3是图1的热泵装置启动时的热泵回路的送风装置与冷冻循环高低压的时间图。

图4是本发明的实施方式2的热泵装置的构成图。

图5是图4的热泵装置启动时的热泵回路的送风装置与冷冻循环高低压的时间图。

图6是本发明的实施方式3的热泵装置的构成图。

图7是本发明的实施方式4的热泵装置的涡旋压缩机启动时的送风装置的时间图。

图8是本发明的实施方式5的热泵装置的构成图。

图9是现有例的热泵装置的构成图。

图10是图9的现有例的热泵装置的热泵回路运转工作时的莫里尔图。

图11是涡旋压缩机的剖面图。

图中：1-涡旋压缩机，2-热水供应用换热器，3-减压装置，4-蒸发器，5-冷触媒管，6-蓄热水槽，7-泵，8-水管，9-送风装置，10-冷触媒压力检测装置，11-外部气温检测装置，12-电流检测装置，13-控制器。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1

图1表示本发明的实施方式1的热泵装置，特别是表示热水供应机的构成图。另外，图2是表示通常时和涡旋压缩机倾覆时的本实施方式的热泵装置运转工作时的莫里尔图。热泵回路，由冷触媒管5将涡旋压缩机1、热水供应用换热器2、减压装置3、蒸发器4连接，使冷触媒循环。在蒸发器4附近，安装有送风装置用以改变热泵回路的蒸发器能力。在该热泵回路中，其设定是使用二氧化碳作为冷触媒、并以高压侧超过临界压的状态进行运转。

另外，蓄热水回路，由水管8连接蓄热水槽6、吸热器2，并通过泵7使水循环。热水供应用换热器2，在热泵装置中用作散热器的换热器，在蓄热水装置中用作吸热器的换热器，即是一种利用热泵装置的散热器2的冷触媒和蓄热水装置的吸热器2的水进行热交换的水冷触媒换热器。该吸热了的水成为温水，贮存在蓄热水槽6中而利用。

涡旋压缩机1，将吸引的冷触媒压缩、喷出，被喷出的高温高压的冷触媒，经由热水供应用换热器2与由蓄热水槽6内供给的液体(水)进行热交换。流经热水供应用换热器2的冷触媒(二氧化碳)由涡旋压缩机1加压，因此向通过热水供应用换热器2的液体进行散热，温度降低但不会冷凝(冷触媒2相区)。减压装置3，是对从热水供应用换热器2流出的冷触媒(二氧化碳)进行减压的装置，是能电气控制阀开度的电磁式膨胀阀。冷触媒(二氧化碳)，由该减压装置3减压至冷触媒2相区后，经蒸发器4吸热冷触媒蒸发汽化后，再次被吸引到涡旋压缩机1。

不过，在如外部气温高时或涡旋压缩机1启动时等蒸发器4侧的负荷大时，不形成如图2所示冷冻循环的压力差，涡旋压缩机1的运转或冷冻循环不稳定、涡旋压缩机1成为倾覆状态。再有，涡旋压缩机1或冷触媒管5等发生较大振动，会产生异常的噪音。特别是运转开始时(启动时)，冷冻循环容易不稳定(倾覆状态)。

图3是本实施方式的涡旋压缩机1和送风装置9的工作状态、与热泵回路的冷冻循环中的高低压的时间图。

送风装置9的转速，一律由运转频率决定，在现有的控制中如图3的单点划线所示，启动时，在涡旋压缩机1的启动的同时成为由指示运转频率决定的目标转速。从而，启动时蒸发器4的压力增大，不形成差压，因此涡旋压缩机1在倾覆中启动，直至倾覆大致复位而形成冷冻循环的高低压差需要时间。

为此，本实施方式中，进行控制而使在热泵回路启动时，首先启动涡旋压缩机1，涡旋压缩机1启动后规定时间(T)停止送风装置9，再经过规定时间后，启动送风装置9。由于这样的控制而使蒸发器4的压力(低压)下降快、能以短时间确保冷冻循环的高低压差，因此，能尽量缩短涡旋压缩机1运转不稳定、成为倾覆状态的时间。

实施方式2

图4表示本发明的实施方式2的热泵装置，图5是热泵装置启动时的送风装置与冷冻循环高低压的时间图。

本实施方式中，将检测涡旋压缩机1中所吸引的冷触媒压力的冷触媒压力检测装置(例如压力传感器)10设置在涡旋压缩机1和减压装置4之间的冷触媒管5，如图5所示那样进行控制，以使在涡旋压缩机1启动后，直至由冷触媒压力检测装置10检测出的冷触媒压力到达规定压力(P)以下之前停止送风装置9，在到达规定压力(P)以下之后，启动送风装置9。也就是说，设定冷触媒的规定压力(P)以使涡旋压缩机1从倾覆状态确实复位，从而在使涡旋压缩机1所吸引的冷触媒压力充分降低的状态下，启动送风装置9，因此能确实地缩短涡旋压缩机1运转不稳定、成为倾覆状态的时间。

实施方式3

图6表示本发明的实施方式3的热泵装置，除了图4所示的构成之外，设有检测外部气温的外部气温检测装置(例如，温度传感器)11。

当由外部气温检测装置11检测出的外部气温在规定温度以下时，进行与上述实施方式2同样的控制，当外部气温越过规定温度时，进行控制，以使在涡旋压缩机1启动后，即使由冷触媒压力检测装置10检测出的冷触媒压力达到规定压力(P)以下，也在从涡旋压缩机1启动经过规定时间(T)后启动送风装置9。

由于这样的控制，即使在外部气温高、通过送风装置9启动而容易使热泵装置内的蒸发器4的压力急剧上升时，也由于充分降低低压后启动送风装置9以使涡旋压缩机1不会成为再次倾覆状态，因此能确实地防止涡旋压缩机1成为再次倾覆状态。

实施方式4

图7是本发明的实施方式4的热泵装置的涡旋压缩机1启动时的送风装置9的时间图。

如图7所示，进行控制，以使涡旋压缩机1启动的同时，使送风装置9以比目标转速低的规定转速(N)工作，在送风装置9到达目标转速之前，使送风装置9的转速每规定时间(T1)阶梯性地增加规定转速(N)。

由于这样的控制，使送风装置9的风量不是一下子增加到目标转速而是阶梯性地增加，因此，即使目标转速高时，送风装置9启动后也不会使热泵装置内的蒸发器4的压力急剧上升而能阶梯性地上升。从而，涡旋压缩机1启动时能更加确实地防止不形成规定的压缩比而成为倾覆状态的情形。

实施方式5

图8表示本发明的实施方式5的热泵装置，其设有检测涡旋压缩机1(电动机)中流动的电流值的电流检测装置12，根据由电流检测装置检测出的电流值，由控制器13控制减压装置3的开度。

涡旋压缩机1倾覆时，电流值急剧地降低，与正常运转时相比涡旋压缩机1中流动的电流值极小。

为此，本实施方式中，在涡旋压缩机1不能正常压缩、电流值骤减、比通常运转小的情况下，若由电流检测装置12检测出的电流值在规定时间内降低规定量以上或者该电流值降低到规定值以下，则控制减压装置3的开度来使比通常运转时减压，从而形成热泵装置的冷冻循环的压力差，使涡旋压缩机1的运转状态稳定化。

另外，采用运转容量可变的涡旋压缩机1的同时，设有运转转速改变装置，当由电流检测装置12检测出的电流值在规定时间内降低规定量以上或者该电流值降低到规定值以下时，通过控制涡旋压缩机1来增大其运转容量，从而能在热泵装置的冷冻循环中确保规定的压力差。

再有，上述实施方式中，以具有蓄热水槽6的热泵装置为例进行了说明，不过，也可以采用将在热水供给用换热器中加热了的热水直接放出的瞬间煮沸热水式的热泵热水供应装置。另外，蓄热水槽6内的液体不只是用于热水供应用，还可以用作地板供暖用、室内空调用、车辆空调用。还有，在涡旋压缩机1的冷触媒吸入侧，还可以设置贮存冷触媒的储存器。

另外，上述实施方式，以使用二氧化碳作为冷触媒的情形进行了说明，不过，也可以采用能在高压侧成为超临界状态的其他冷触媒(例如R32、乙烷、乙烯、氧化氮及含有这些的混合冷触媒等)，当然也可以采用在高压侧冷凝的冷触媒。

Claims (4)

1.一种热泵装置，具有由冷触媒管将压缩机、散热器、开度可变的减压装置、蒸发器连接成环状而构成的冷冻循环，上述压缩机由具有固定涡旋和旋转涡旋的涡旋压缩机构成，其特征在于：设有检测上述热泵装置中流动的电流值的电流检测装置，在由上述电流检测装置检测出的电流值在规定时间内降低规定量以上或者该电流值降低到规定量以下时，控制上述减压装置的开度来增加冷冻循环的高低压力差，防止上述旋转涡旋脱离上述固定涡旋而发生倾覆。

2.一种热泵装置，具有由冷触媒管将运转容量可变的压缩机、散热器、减压装置、蒸发器连接成环状而构成的冷冻循环，上述压缩机由具有固定涡旋和旋转涡旋的涡旋压缩机构成，其特征在于：设有检测在上述热泵装置中流动的电流值的电流检测装置，在由上述电流检测装置检测出的电流值在规定时间内降低规定量以上或者该电流值降低到规定量以下时，增大上述压缩机的运转容量来增加冷冻循环的高低压力差，防止上述旋转涡旋脱离上述固定涡旋而发生倾覆。

3.根据权利要求1或2所述的热泵装置，其特征在于：上述热泵回路，设成高压侧的冷触媒压力为临界压力以上的超临界热泵循环。

4.根据权利要求3所述的热泵装置，其特征在于：上述热泵装置中所使用的冷触媒是二氧化碳。

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