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課題

熱負荷循環ステム最小容量を下回る低負荷状態冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器熱伝達効率が低下しない、暖房および/または冷房用循環システムならびに暖房および/または冷房運転方法を提供する。

解決手段

本発明は、冷媒の流れ方向に順次接続された圧縮機、凝縮器、第1膨張弁、および蒸発器を有する冷媒を循環させるための主回路、ならびに第1冷媒部分に凝縮器をバイパスさせるためのバイパス通路を備え、バイパス通路は第1冷媒部分と蒸発器出口で主回路から分岐された第2冷媒部分との間で熱交換するための内部熱交換器を含み、主回路はバイパス通路に接続された受液器をさらに備える、暖房および/または冷房用循環システムに関する。

概要

背景

暖房または冷房運転における周知の課題は、Air To Water(ATW)ヒートポンプは、圧縮機がその最小サイクル数で動作していたとしても、低負荷運転時に能力過大となることである。このことは特に、ヒートポンプが非常に低い流水温度で作動するような、隙間がなく断熱性の高い家で発生する。ATWヒートポンプは一般的には供給流れ温度を目標値に保つように制御され、供給流れ温度は圧縮機のサイクル数を変更することによって制御される。もし熱負荷が圧縮機の最小サイクル数に対する最小容量を下回っていれば、供給流れ温度が過熱を検出する閾値を超えて上昇するためヒートポンプは運転を停止し、供給流れ温度が再始動の閾値を下回った後に再始動する。このことは、ヒートポンプを頻繁にオンオフ循環させ、システム寿命を縮め、消費者電気代を増加させる。

ヒートポンプの負荷調節のため、可変速圧縮機の使用に加えて、部分熱負荷時にシステムの運転を可能とするために高温ガスバイパス法を用いるのも一般的である。この方法において、高温ガスバイパス回路蒸発器出口に接続されて、蒸発器冷却容量を制御する(すなわち、出口バイパス回路)、または蒸発器を除霜する(たとえば、特許文献1に記載されている)、または逆サイクルによる除霜サイクルにおける凝縮器凍結を防止する(たとえば、特許文献2に記載されている)ように構成されている。

冷房用途において、高温ガスバイパスを蒸発器入口に接続(すなわち、入口バイパス回路)することによって、蒸発器が凍結して低圧になるのを防止するという高温ガスバイパスの他の構成もある。空気熱源ヒートポンプを用いる暖房用途については、入口および出口バイパス回路の両方が使用できる。

特に、入口バイパス回路は、通常の暖房運転中、冷媒に凝縮器をバイパスさせることによってヒートポンプを部分熱負荷または低熱負荷で運転することを可能にする。ここで、高温ガス圧縮機出口高圧から蒸発器入口の低圧まで膨張させるために、補助膨張弁がバイパス回路に配置される。この構成は、特許文献3に記載されている、主膨張弁の後に接続されているバイパス回路と類似である。バイパス回路の別の構成として、特許文献4に記載されている構成に類似の、バイパス回路を主膨張弁の手前で主回路に接続するものもある。このバイパス回路の構成によれば、バイパス回路の補助弁は必要ない。

概要

熱負荷が循環システムの最小容量を下回る低負荷状態で冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器の熱伝達効率が低下しない、暖房および/または冷房用循環システムならびに暖房および/または冷房運転方法を提供する。本発明は、冷媒の流れ方向に順次接続された圧縮機、凝縮器、第1膨張弁、および蒸発器を有する冷媒を循環させるための主回路、ならびに第1冷媒部分に凝縮器をバイパスさせるためのバイパス通路を備え、バイパス通路は第1冷媒部分と蒸発器出口で主回路から分岐された第2冷媒部分との間で熱交換するための内部熱交換器を含み、主回路はバイパス通路に接続された受液器をさらに備える、暖房および/または冷房用循環システムに関する。

目的

本発明が解決しようとする課題は、熱負荷が循環システムの最小容量を下回る低負荷状態で冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器の熱伝達効率が低下しない、暖房および/または冷房用循環システムならびに暖房および/または冷房運転方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

冷媒循環させるための主回路であって、前記冷媒の流れ方向に順次接続されている圧縮機、凝縮器、第1膨張弁、および蒸発器を有する主回路と、第1冷媒部分に前記凝縮器をバイパスさせるためのバイパス通路であって、前記バイパス通路は第1接続点および第2接続点で前記主回路に接続され、前記第1接続点は圧縮機出口凝縮器入口との間に配置され、前記第2接続点は凝縮器出口蒸発器入口との間に配置される、バイパス通路と、を備える暖房および/または冷房用の循環システムであって、前記バイパス通路は、前記第1冷媒部分と第2冷媒部分との熱交換を行うための内部熱交換器と、前記冷媒の前記流れ方向に続いて接続される第2膨張弁とを含み、前記第2冷媒部分は蒸発器出口圧縮機入口との間から分岐され、かつ前記蒸発器出口と前記圧縮機入口との間に戻され、前記主回路は受液器を備え、前記受液器は、前記第2接続点に配置されて前記バイパス通路に接続される、または前記第2接続点と前記蒸発器入口との間に配置されることを特徴とする暖房および/または冷房用の循環システム。

請求項2

前記第1膨張弁が、前記第2接続点と前記蒸発器入口との間、または前記凝縮器出口と前記第2接続点との間に配置される、請求項1に記載の循環システム。

請求項3

前記第1膨張弁が前記第2接続点と前記蒸発器入口との間に配置され、前記主回路が、前記凝縮器出口と前記第2接続点との間に配置される第3膨張弁をさらに備える、請求項1に記載の循環システム。

請求項4

前記内部熱交換器が、少なくとも、前記第1冷媒部分を通す第1流路および前記第2冷媒部分を通す第2流路を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の循環システム。

請求項5

前記内部熱交換器が、二重管熱交換器ねじり管式熱交換器対向流熱交換器並行流熱交換器、両熱交換面マイクロチャネルおよび/もしくはマイクロフィンを備える熱交換器、または両熱交換面がマイクロチャネルおよび/もしくはマイクロフィンからなる熱交換器である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の循環システム。

請求項6

前記内部熱交換器が、前記第2冷媒部分を前記内部熱交換器に供給するための供給ラインを備え、前記供給ラインは前記第2冷媒部分の供給流れを制御するための第1電磁弁を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の循環システム。

請求項7

前記内部熱交換器が、前記第2冷媒部分を前記内部熱交換器に供給するための供給ラインおよび前記第2冷媒部分を前記主回路に戻すための戻りラインを備え、前記供給ラインおよび前記戻りラインはそれぞれ第3および第4接続点で前記主回路に接続され、前記主回路は、前記第3および第4接続点の間の前記冷媒の流れを制御するために、前記第3および第4接続点の間に配置された第2電磁弁を備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の循環システム。

請求項8

前記凝縮器が冷媒−水熱交換器または冷媒−空気熱交換器であり、前記蒸発器が冷媒−空気熱交換器である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の循環システム。

請求項9

前記主回路は、前記圧縮機出口と前記凝縮器入口との間に配置され、前記循環システムを暖房運転冷房運転との間で切り替え四方弁を備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の循環システム。

請求項10

1つ以上の所定の条件に合致した場合に前記バイパス通路が作動または作動停止される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の循環システムによって実行される暖房および/または冷房運転方法

請求項11

前記バイパス通路が、前記第2膨張弁を開くことによって作動され、前記第2膨張弁を閉じることによって作動停止される、請求項10に記載の暖房および/または冷房運転方法。

請求項12

前記暖房運転において、所定の時間間隔について圧縮機の再始動回数が所定の閾値を超えるときに前記バイパス通路が作動され、室温が所定の室温の閾値を下回るときに前記バイパス通路が作動停止される、請求項10または請求項11に記載の暖房および/または冷房運転方法。

請求項13

前記暖房運転において、前記バイパス通路が作動され、前記圧縮機が所定の最小サイクル数で動作し、前記冷媒の供給流れ温度が第1閾値温度を超えるときに前記第2膨張弁の開度が増やされ、前記バイパス通路が作動され、前記圧縮機が所定の最小サイクル数で動作し、前記冷媒の供給流れ温度が第2閾値温度を下回るときに前記第2膨張弁の開度が減らされる、請求項12に記載の暖房および/または冷房運転方法。

請求項14

前記暖房運転において、所定の時間間隔についての平均供給熱が計算され、運転中の供給流れ温度および外気温状態の下での最小容量が計算され、前記平均供給熱が前記最小容量を下回るときに前記バイパス通路が作動される、請求項11に記載の暖房および/または冷房運転方法。

請求項15

前記暖房運転において、前記第2膨張弁の開度は、前記平均供給熱が前記最小容量を下回るパーセンテージと同じパーセンテージ増やされる、請求項14に記載の暖房および/または冷房運転方法。

技術分野

0001

本発明は、暖房および/または冷房用の循環ステムならびに暖房および/または冷房運転方法、特に部分熱負荷運転および低熱負荷運転に関する。

背景技術

0002

暖房または冷房運転における周知の課題は、Air To Water(ATW)ヒートポンプは、圧縮機がその最小サイクル数で動作していたとしても、低負荷運転時に能力過大となることである。このことは特に、ヒートポンプが非常に低い流水温度で作動するような、隙間がなく断熱性の高い家で発生する。ATWヒートポンプは一般的には供給流れ温度を目標値に保つように制御され、供給流れ温度は圧縮機のサイクル数を変更することによって制御される。もし熱負荷が圧縮機の最小サイクル数に対する最小容量を下回っていれば、供給流れ温度が過熱を検出する閾値を超えて上昇するためヒートポンプは運転を停止し、供給流れ温度が再始動の閾値を下回った後に再始動する。このことは、ヒートポンプを頻繁にオンオフ循環させ、システム寿命を縮め、消費者電気代を増加させる。

0003

ヒートポンプの負荷調節のため、可変速圧縮機の使用に加えて、部分熱負荷時にシステムの運転を可能とするために高温ガスバイパス法を用いるのも一般的である。この方法において、高温ガスバイパス回路蒸発器出口に接続されて、蒸発器冷却容量を制御する(すなわち、出口バイパス回路)、または蒸発器を除霜する(たとえば、特許文献1に記載されている)、または逆サイクルによる除霜サイクルにおける凝縮器凍結を防止する(たとえば、特許文献2に記載されている)ように構成されている。

0004

冷房用途において、高温ガスバイパスを蒸発器入口に接続(すなわち、入口バイパス回路)することによって、蒸発器が凍結して低圧になるのを防止するという高温ガスバイパスの他の構成もある。空気熱源ヒートポンプを用いる暖房用途については、入口および出口バイパス回路の両方が使用できる。

0005

特に、入口バイパス回路は、通常の暖房運転中、冷媒に凝縮器をバイパスさせることによってヒートポンプを部分熱負荷または低熱負荷で運転することを可能にする。ここで、高温ガス圧縮機出口高圧から蒸発器入口の低圧まで膨張させるために、補助膨張弁がバイパス回路に配置される。この構成は、特許文献3に記載されている、主膨張弁の後に接続されているバイパス回路と類似である。バイパス回路の別の構成として、特許文献4に記載されている構成に類似の、バイパス回路を主膨張弁の手前で主回路に接続するものもある。このバイパス回路の構成によれば、バイパス回路の補助弁は必要ない。

先行技術

0006

米国特許第6584792号明細書
国際公開第2011/092802号
特許第4799252号公報
特開2005−300008号公報

発明が解決しようとする課題

0007

先行技術におけるバイパス回路構成の課題は、蒸気状態(すなわち、高温ガス)の高圧冷媒直接圧縮機出口から主膨張弁の後(特許文献3のバイパス回路)または主膨張弁の手前(特許文献4のバイパス回路)の主回路に噴射されることである。どちらのバイパス回路構成も蒸発器入口の冷媒乾き度を増大させる。このことは、蒸発器に供給される冷媒の組成中の蒸気部分がより多くなり、蒸発器管内の冷媒と蒸発器管外の外気との間の熱交換をより少なくすることを意味している。このことは、蒸発器の熱伝達効率が低下するという課題をもたらす。

0008

したがって、本発明が解決しようとする課題は、熱負荷が循環システムの最小容量を下回る低負荷状態で冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器の熱伝達効率が低下しない、暖房および/または冷房用循環システムならびに暖房および/または冷房運転方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

課題は、請求項1による暖房および/または冷房用循環システムならびに請求項10による暖房および/または冷房運転方法によって解決される。循環システムならびに暖房および/または冷房運転方法の有利な実施形態はそれぞれ従属請求項2〜9および11〜15に示される。

0010

本発明による暖房および/または冷房用循環システムは、冷媒の流れ方向に順次接続された圧縮機、凝縮器、第1膨張弁、および蒸発器を有する冷媒を循環させるための主回路、ならびに第1冷媒部分に凝縮器をバイパスさせるためのバイパス通路を備え、バイパス通路は第1および第2接続点で主回路に接続され、第1接続点は圧縮機出口と凝縮器入口との間に配置され、第2接続点は凝縮器出口と蒸発器入口との間に配置される。

0011

暖房および/または冷房用循環システムは、バイパス通路は第1冷媒部分と第2冷媒部分との熱交換を行うための内部熱交換器を含み、第2冷媒部分は蒸発器出口と圧縮機入口との間から分岐され、および蒸発器出口と圧縮機入口との間に戻され、第2膨張弁が続いて冷媒の流れ方向に接続されることと、主回路が、第2接続点に配置されてバイパス通路に接続されるか、または第2接続点と蒸発器入口との間に配置される受液器をさらに備えることと、を特徴とする。

0012

本発明による暖房および/または冷房用循環システムは、内部熱交換器を用いてバイパス通路の高温ガスを、主回路の凝縮した冷媒に凝縮器出口または受液器で混入する前に、凝縮させることを可能にする。冷媒の一部を凝縮器に対してバイパスすることによって、熱容量が減少する一方、圧縮機は依然として最少サイクル数で運転している。これによって圧縮機を停止させるための閾値未満の供給流れ温度となる。

0013

さらに、第1膨張弁は主回路の主膨張装置であるが、第2膨張弁は第1冷媒部分の質量流量を調節するためのバイパス通路制御装置として機能する。本発明のさらなる好適な実施形態において、第1膨張弁は第2接続点と蒸発器入口との間、または凝縮器出口と第2接続点との間に配置される。

0014

また、本発明による循環システムは、第1膨張弁が第2接続点と蒸発器入口との間に配置され、主回路は、凝縮器出口と第2接続点との間に配置される追加の第3膨張弁をさらに含むように修正されてもよい。この場合、第3膨張弁は第2膨張弁とともに冷媒流量を微調整するために用いられうる。

0015

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は少なくとも、第1冷媒部分を通すための第1流路および第2冷媒部分を通すための第2流路を備える。

0016

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は、二重管熱交換器ねじり管式熱交換器対向流熱交換器並行流熱交換器ならびに/あるいは両熱交換面マイクロチャネルおよび/もしくはマイクロフィンを備える、または両熱交換面のマイクロチャネルおよび/もしくはマイクロフィンからなる熱交換器である。

0017

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は、第2冷媒部分を内部熱交換器に供給するための供給ラインを備え、供給ラインは第2冷媒部分の供給流れを制御するための第1電磁弁を備える。

0018

別の好適な実施形態によれば、内部熱交換器は、第2冷媒部分を内部熱交換器に供給するための供給ラインおよび第2冷媒部分を主回路に戻すための戻りラインを備え、供給ラインおよび戻りラインはそれぞれ第3および第4接続点で主回路に接続され、主回路は、主回路Aの第3および第4接続点の間の区画開閉するためおよび/または第3および第4接続点の間の冷媒の流れを制御するために、第3および第4接続点の間に配置された第2電磁弁を備える。

0019

別の好適な実施形態によれば、凝縮器は冷媒−水熱交換器または冷媒−空気熱交換器であり、蒸発器は冷媒−空気熱交換器である。

0020

別の好適な実施形態によれば、主回路は、循環システムを暖房運転と冷房運転との間で切り替えるための、圧縮機出口と凝縮器入口との間に配置された四方弁を備える。

0021

本発明はさらに、上述の暖房および/または冷房用循環システムによって実行される暖房および/または冷房用運転方法を含む。暖房および/または冷房用運転方法は、1つ以上の所定の条件に合致した場合にバイパス通路が作動または作動停止されることを特徴とする。

0022

好適な実施形態によれば、バイパス通路は第2膨張弁を開くことによって作動され、第2膨張弁を閉じることによって作動停止される。特に、別の好適な実施形態によれば、所定の時間間隔について圧縮機の再始動回数が所定の閾値回数を超えるときにバイパス通路が作動され、室温が所定の閾値室温を下回るときにバイパス通路が作動停止される。

0023

別の好適な実施形態によれば、第2膨張弁の開度は、バイパス通路が作動され、圧縮機が所定の最少サイクル数で動作し、冷媒の供給流れ温度が第1閾値温度を超えるときに増やされ、第2膨張弁の開度は、バイパス通路が作動され、圧縮機が所定の最少サイクル数で動作し、冷媒の供給流れ温度が第2閾値温度を下回るときに減らされる。

0024

別の好適な実施形態によれば、所定の時間間隔についての平均供給熱が計算され、運転中の供給流れ温度および外気温状態の下での最小容量が計算され、平均供給熱が最小容量を下回るときにバイパス通路が作動される。

0025

別の好適な実施形態によれば、第2膨張弁の開度は、平均供給熱が最小容量を下回るパーセンテージと同じパーセンテージ増やされる。

発明の効果

0026

本発明によれば、熱負荷が循環システムの最小容量を下回る低負荷状態で冷媒の一部がバイパスされたとき、蒸発器の熱伝達効率が低下しない、暖房および/または冷房用循環システムならびに暖房および/または冷房運転方法が提供される。

図面の簡単な説明

0027

本発明の暖房および/または冷房用循環システムによる第1の実施形態を示す図である。
バイパス通路の運転の開始および終了の順序を説明する図である。
本発明の第1の実施形態による暖房運転方法のフロー図である。
種々の試験条件下での、最小サイクル数で運転した場合の熱容量についての図である。
本発明の第2の実施形態による暖房運転方法のフロー図である。
本発明による暖房および/または冷房用循環システムの第3の実施形態を示す図である。

実施例

0028

以下において、本発明による暖房および/または冷房用循環システムならびに暖房および/または冷房運転方法のいくつかの好適な実施形態が、図1〜6に基づいてさらに詳しく記述される。記述された特徴は、開示された実施形態の組み合わせにおいて考えられるだけでなく、具体的な実施形態とは独立に種々の他の組み合わせにおいて実現できる。

0029

図1に示すように、本発明の第1の実施形態による暖房および/または冷房用循環システムは、圧縮機入口1aおよび圧縮機出口1bを備えた圧縮機1、凝縮器入口2aおよび出口2bを備えた凝縮器2、第1膨張弁LEV−A、第3膨張弁LEV−B、蒸発器入口3aおよび蒸発器出口3bを備えた蒸発器3、受液器入口5aおよび受液器出口5bを備えた受液器5、第2電磁弁9、ならびに四方弁を有する、冷媒を循環させるための主回路Aを含む。循環システムの圧縮機1、凝縮器2、第1膨張弁LEV−A、第3膨張弁LEV−B、蒸発器3、受液器5、第2電磁弁9、および四方弁は、主回路Aを通る冷媒が通過するように接続されている。

0030

さらに、循環システムは第1冷媒部分に凝縮器2をバイパスさせるためのバイパス通路Bを含む。バイパス通路Bは接続点P1およびP2経由で主回路に接続される。接続点P1は圧縮機出口1bと凝縮器入口2aとの間に配置される。接続点P2は第3膨張弁LEV−Bと受液器入口5aとの間に配置される。バイパス通路Bは、第1冷媒部分の流れ方向に順次接続された、内部熱交換器4および第2膨張弁LEV−Cを含む。内部熱交換器4は少なくとも2つの流路を有し、第1流路は内部熱交換器第1入口4aおよび内部熱交換器第1出口4bを備えたバイパス通路Bの一区画を形成して第1冷媒部分を運ぶ。第2流路は内部熱交換器第2入口4cから内部熱交換器第2出口4dに及び、蒸発器出口3bと圧縮機入口1aとの間の主回路Aから分岐されて主回路Aに返される第2冷媒部分を運ぶ。内部熱交換器第2入口4cは、供給ライン6を介して接続点P3において主回路Aと接続される。内部熱交換器第2出口4dは、戻りライン8を介して接続点P4において主回路Aと接続される。接続点P3は、蒸発器出口3bと圧縮機入口1aとの間に配置される。接続点P4は、接続点P3と圧縮機入口1aとの間に配置される。供給ライン6は第1電磁弁7を含む。

0031

暖房運転において、凝縮器2は水−冷媒熱交換器であり、室内加熱器として機能するのに対して、蒸発器3は冷却器として機能する空気−冷媒熱交換器である。また、内部熱交換器4は冷媒−冷媒熱交換器であり、熱はバイパスされた第1冷媒部分から分岐された第2冷媒部分に伝達される。この実施形態1において、内部熱交換器4は、高温ガス冷媒が第1流路を通り、蒸発器出口3bから抜け出る低温ガスまたは蒸気冷媒が第2流路を通る、対向流または並行流熱交換装置であるのが好ましい。

0032

第1膨張弁LEV−Aは、蒸発器3に入る前に冷媒を膨張させるための、主回路Aの主膨張弁である。第2膨張弁LEV−Cは、バイパス流路を流れる第1冷媒部分を膨張させ、第1冷媒部分の流量を制御するために用いることができる。第3膨張弁LEV−Bは、主回路Aおよびバイパス通路Bを流れる冷媒の流量を微調整するために使用される。

0033

第1電磁弁7は、供給ライン6を開閉するとともに、供給ライン6、内部熱交換器4の第2通路、および戻りライン8を通る第2冷媒部分の流量を制御するために用いられる。第2電磁弁9は、主回路Aの接続点P3とP4との間の流路を開閉するとともに、主回路Aのこの流路の冷媒の流れを制御するために用いられる。

0034

四方弁10は、循環システムの暖房運転と冷房運転との切り替えのために用いられる。主回路Aとバイパス通路Bとの接続点P1は冷媒の流れ方向において四方弁10の前でも後でもよい。

0035

圧縮機出口1bで排出された高温圧縮冷媒が四方弁10を通過する。接続点P1で第1冷媒部分がバイパス通路Bへ分岐される。主回路Aにおいて、高圧高温ガス冷媒が凝縮器2に入り、そこで冷却されて凝縮され、室内加熱器へ熱を放射する。凝縮した冷媒は第3膨張弁LEV−Bによって膨張させられ、低圧低温液体冷媒として受液器5内に集められる。高圧高温ガスの第1冷媒部分が内部熱交換器4の第1流路を通過し、そこで冷却されて凝縮する。この冷却作用は、蒸発器出口3bで分岐され、内部熱交換器の第2流路を流れる低圧低温ガス第2冷媒部分によってもたらされる。凝縮した第1冷媒部分は第2膨張弁LEV−Cによって膨張させられ、低圧低温液体冷媒として受液器5内に集められる。受液器5から排出された低温液体冷媒は第1膨張弁LEV−Aによってさらに膨張させられ、蒸発器3に入る。蒸発器3の中で、低温液体冷媒は蒸発させられ、低圧低温ガス冷媒として排出される。接続点P3で第2冷媒が主回路Aから分岐し、内部熱交換器4を通って循環する。残りの低圧低温ガス冷媒は、圧縮機入口1aまで主回路Aを流れる。分岐された第2冷媒部分は、内部熱交換器4内で第1冷媒部分との熱交換によって加熱された後、接続点P4で主回路Aに戻される。

0036

高温ガスの第1冷媒部分は、第2膨張弁LEV−C内で膨張してその圧力を圧縮機1の吐出圧力から受液器5の圧力に下げる前に、低温の第2冷媒部分との熱交換によって内部熱交換器4内で冷却されて凝縮する。第1冷媒部分をバイパス通路Bに通してバイパスさせることによって、凝縮器2へは低流量の冷媒が到達し、バイパス通路Bのない状態で主回路Aの循環システムを機能させた場合の最小容量よりも加熱容量を減少させる。これによって、圧縮機1は低熱負荷においてオンオフすることなしに連続動作できる。バイパス通路Bの高温ガスの第1冷媒部分は、主回路Aの冷媒と合流する前に凝縮する。凝縮した冷媒は蒸発器3に供給される前に受液器5に集められる。バイパス通路出口を、主回路Aを介して受液器5に接続することによって、たとえ高温ガスが完全には凝縮していなくても、余剰ガスを受液器5に貯えることができる。これによって、先行技術において従来のバイパス回路で発生するような冷媒乾き度の蒸発器入口での増大が防止されて、蒸発器3での熱伝達効率の減少が回避できる。さらに、バイパスされた高温ガスの第1冷媒部分によって内部熱交換器4内で加熱されるため、蒸発器出口3bから出てくる冷媒の温度は、圧縮機入口1aに到達する前に上昇する。このことは、圧縮機入口1aの過熱度を増加させるのを助け、圧縮機1が冷媒液吸引することから保護する。

0037

図2は、第1の実施形態による循環システムのバイパス通路の運転の開始および終了の順序を説明する図である。循環システムの供給熱は、本発明におけるように、目標流れ温度と測定流れ温度との温度差に基づいて制御されることが知られている。目標流れ温度Ttarget_flowは外気温または設定された室温と測定された室温との温度差によっても決定される。圧縮機のサイクル数の範囲は、過負荷振動などを避けるように設計される。たとえば、最大サイクル数は120Hz、最小サイクル数は30Hzである。本発明において、最小サイクル数における供給流れ温度Tfrequency_minが、バイパス通路を作動させるための入力パラメータとして使用される(Tfrequency_min=Ttarget_flow+ΔT1、ΔT1はたとえば1.5℃、循環システムを停止させる閾値未満)。熱負荷を増加させる必要があることは室温によって示されるので室温がバイパス通路運転を終了させるために用いられる。バイパス通路の作動中、サイクル数は最小サイクル数に固定される。

0038

図2に示すように、図1に示す循環システムは、たとえば、測定流れ温度が目標流れ温度未満である限り、圧縮機の周波数全範囲で運転される。測定流れ温度が目標流れ温度に等しいとき、圧縮機のサイクル数は最小周波数に固定される。バイパス通路は、測定流れ温度が目標流れ温度+ΔT1を超えて上昇した場合に作動され、測定された室温が目標室温−ΔT2を超えている限り作動を続ける。測定された室温が目標室温−ΔT2以下の場合、バイパス通路の作動が停止される。

0039

バイパス通路を備えた第1の実施形態による循環システムによって実行される暖房運転の具体例を図3に示す。この制御は、流れ温度と所定の時間間隔内の圧縮機再始動回数(たとえば1時間について5回)がバイパス通路作動のトリガとして用いられる制御方針に基づく。室温の低下が検出されると、それは供給熱の増加が必要であることを意味し、通常の熱負荷モードに戻るためにバイパス通路の作動を停止する必要がある。LEV−Cは所定の制御間隔内、たとえば1分毎に制御される。弁開度の増加および減少比率も予め定められ、それはたとえば10%である。

0040

図3の暖房運転において、ステップST1で圧縮機が最小周波数で動作しているかどうかが確認される。もし答えがNOの場合は、循環システムは通常サイクル(すなわちバイパス通路なし)にとどまる。もし答えがYESの場合は、ステップST2で供給流れ温度が目標流れ温度+ΔT1を超えているかどうかが確認される。もしNOであれば、システムは通常サイクルにとどまる。もしYESであれば、ST3で圧縮機の再始動回数が閾値を超えているかどうかが確認される。もしNOであれば、システムは通常サイクルにとどまる。もしYESであれば、バイパス通路が作動され、システムは第2膨張弁LEV−Cの開度を制御するためにステップST4からST10を含む制御ループに進む。ステップST4において、供給流れ温度が目標流れ温度−ΔT2より低いかどうかが確認される。もしNOであれば、システムはステップST5に進む。もしYESであれば、システムはステップST8に進む。ステップST5において、供給流れ温度が目標流れ温度+ΔT1を超えているかどうかが確認される。もしNOであれば、システムはステップST10に進む。もしYESであれば、システムはステップST6に進む。ステップST6において、第2膨張弁LEV−Cが全開であるかどうかが確認される。もしYESであれば、システムはステップST10に進む。もしNOであれば、LEV−Cの開度が増やされ(ステップST7)、システムはステップST10に進む。

0041

ステップST8において、第2膨張弁LEV−Cが全閉であるかどうかが確認される。もしYESであれば、システムはステップST10に進む。もしNOであれば、LEV−Cの開度が減らされ(ステップST9)、システムはステップST10に進む。

0042

ステップST10において、室温が目標室温−ΔT3未満であるかどうかが確認される。もしNOであれば、バイパス通路は作動を続け、システムはステップST4に戻る。もしYESであれば、第2膨張弁LEV−Cは閉じられ、バイパス通路の作動を停止してシステムは通常の循環運転に戻る。

0043

図4および5は、図1の循環システムによって実行される暖房運転のさらなる好適な実施形態を示す。この実施形態は、循環システムの供給熱を監視する。この供給熱は、循環システムのコントローラ図1には非表示)に保存されている循環システムの性能マップから得られる循環システムの最小熱容量と比較される。供給熱は次の式で計算される。
Qsupply=ρwater×Cp,water×Fw×(Twater,supply−Twater,return)
ここで、
Qsupply:供給熱(kW)、ρwater:水の密度(kg/L)、
Cp,water:比熱(kJ/kgK)、Fw:水の流量(L/s)、
Twater,supply:供給流れ温度、Twater,return:戻り流れ温度

0044

オンオフサイクルを含む所定の時間間隔内、たとえば30分間の計算された平均供給熱が、同じ運転状態における循環システムの最小容量を下回る場合、バイパスサイクルが開始される。供給熱の減少によってLEV−Cの開度が増加する。たとえば、供給熱が10%減少すると、LEV−Cの開度は10%増加する。循環システムの性能マップは、水温および外気温の種々の試験条件下での最小周波数における循環システム容量データに基づいて作られる。運転条件における最小容量は以下の式を用いて計算される。
Q(w1,ta)={Q(w1,t1)×(t2-ta)+Q(w1,t2)×(ta-t1)}/(t2-t1)
Q(w2,ta)={Q(w2,t1)×(t2-ta)+Q(w2,t2)×(ta-t1)}/(t2-t1)
Q(tw,ta)={Q(w1,ta)×(w2-tw)+Q2(w2,ta)×(tw-w1)}/(w2-w1)
ここで
Q:容量(kW)、tw:測定された供給流れ温度、ta:測定された外気温、t1,t2:外気温の参照データ、w1,w2:供給流れ温度の参照データ

0045

図5は、バイパス通路を備えた本発明の循環システムの第2の実施形態による暖房運転のフロー図を示す。通常のサイクル(すなわち、バイパス通路不作動)の間に、ステップST1において、圧縮機が最小サイクル数で動作しているかどうかが確認される。もし答えがNOであれば、システムは通常サイクル運転にとどまる。もし答えがYESであれば、バイパス通路が作動され、システムはステップST2に進む。ステップST2において、現在の供給熱および最小容量が計算される。その後、システムはステップST3に進む。ステップST3において、供給熱が最小容量よりも10%少ないかどうかが確認される。もしYESであれば、システムはステップST4に進む。もしNOであれば、システムはステップST6に進む。ステップST4において、第2膨張弁LEV−Cが全開であるかどうかが確認される。もしYESであれば、システムはステップST2に戻る。もしNOであれば、LEV−Cの開度は10%増やされ、システムはステップST2に戻る。ステップST6において、第2膨張弁LEV−Cが全閉であるかどうかが確認される。もしNOであれば、LEV−Cの開度は10%減らされ、システムはステップST2に戻る。もしYESであれば、バイパス通路の作動を停止してシステムは通常の循環運転になる。

0046

図6は、本発明による暖房および/または冷房用循環システムの第3の実施形態を示す。以下において、図1に示される第1の実施形態による循環システムと第3の実施形態の循環システムとの間の相違点のみを記載する。図1の循環システムとは対照的に、図3の循環システムにおいて内部熱交換器4は主回路Aに逆に接続されている。図3の循環システムにおいて、内部熱交換器第1入口4aおよび内部熱交換器第1出口4bは内部熱交換器4の第2流路に接続され、内部熱交換器第2入口4cおよび内部熱交換器第2出口4dは内部熱交換器4の第1流路に接続される。加えて、供給ライン6、戻りライン8、ならびに第1電磁弁7および第2電磁弁9が実施形態3の循環システムから省略されている。内部熱交換器4が逆に接続されることで、内部熱交換器4における圧力レベルが逆になる。蒸発器出口3bに接続されている低圧側において、第1の実施形態の循環システムに比べて冷媒の流量が増加する。熱伝達係数の変化によって、図6の内部熱交換器4の性能が変化する。さらに、実施形態3の内部熱交換器4は実施形態1におけるものよりもさらにコンパクトにできる。

0047

別の相違点は、図6の循環システムにおいて、第2の接続点P2が受液器5の中に配置されることである。第3の実施形態の受液器5は、凝縮器2からの冷媒流れと内部熱交換器4からの冷媒流れとを受液器5内で合流させることができる、もう1つの入口5cを有する。このことは循環システム内省エネルギーを向上させる。

0048

第3の実施形態による循環システムは、図3および5ならびに関連する説明に示される暖房運転方法を実行するようにも構成されている。

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