冷冻循环装置 【技术领域】
本发明涉及一种冷冻循环装置，特别是涉及一种使用两级压缩机的冷冻循环装置。
背景技术
通常，用于以外界气体为热源进行采暖或热水供应的装置中的冷冻循环装置，配有将压缩机、冷却压缩机中的高级侧压缩机排出气体的高压侧热交换器(在通常的冷冻循环装置中为冷凝器)、膨胀阀、与外界气体进行热交换的蒸发器顺次连接起来的冷媒回路，用蒸发器从外界气体汲取热量，所汲取的热量被高压侧热交换器放热到室内空气或热水供应用水中。并且，该冷冻循环装置，当外界气体温度下降时，蒸发温度下降，蒸发器结霜。而且，当结霜量增多时，蒸发器的热交换能力下降，采暖能力和热水加热能力下降。因此，需要进行去除附着在蒸发器上的霜的除霜运转。该除霜运转，为了利用热气、即压缩机排出气体的热源，其间的采暖运转或热水加热运转不得不停止。因此，需要除霜运转在很有限的较短时间内结束。
并且，在现有的冷冻循环装置中，作为除霜装置，由冷媒回路切换装置比较简单地进行，并且从以反循环的方式、在除霜运转时冷却作为被加热对象的室内空气或热水不会冷却的角度出发，大多采用将压缩机排出侧的高压气体(所谓的热气)从高压侧回路部分分流到蒸发器入口侧中的单纯地热气分流方式。
但是，在这种现有的除霜装置中，与压缩机是单级还是两级无关、单纯地使热气从高压侧回路部分流入蒸发器入口侧，而这在压缩机为两级压缩机的情况下特别费功夫。
本发明是鉴于现有技术中所存在的问题而提出的。其目的为，提供一种缩短除霜运转时间的使用两级压缩机的冷冻循环装置。
【发明内容】
为了实现上述目的，本发明的冷冻循环装置，配有将以低级侧压缩机和高级侧压缩机为构成要件的两级压缩机、冷却从高级侧压缩机排出的气体的高压侧热交换器、膨胀阀、与外界气体进行热交换的蒸发器顺次连接起来的冷媒回路，该冷媒回路包括：从前述高级侧压缩机的排出侧至前述蒸发器入口侧的第一旁通回路、从前述低级侧压缩机的排出侧至前述蒸发器入口侧的第二旁通回路，该第一旁通回路和第二旁通回路，分别具有在恒定冷冻运转时关闭、在除霜运转时打开的开关阀。
采用这种结构，在除霜运转时，低级侧压缩机和高级侧压缩机可以有效地作为增压器，使从高压侧回路部分和中间压力部分而来的气体一下子大量地流向蒸发器，因此蓄存在高压气体冷媒、中间压力气体冷媒、高压侧回路构成部件、中间压力回路构成部件等中的热量，以通过前述旁通回路送入蒸发器的分流热旁通气为媒质送入蒸发器中，一下子释放到蒸发器中，从而，可以缩短除霜运转时间。
并且，前述两级压缩机，在密闭壳体内内置高级侧压缩机和低级侧压缩机，前述低级侧压缩机的排出侧和前述高级侧压缩机的吸入侧通过配置在前述压缩机壳体外部的中间连接配管连接起来，前述第二旁通回路，在该中间连接配管中优选具有与前述低级侧压缩机的排出侧连接的连接部。
采用这种结构，可以容易地实现前述第二旁通配管的连接。
并且，前述冷冻循环装置，可以是高压侧压力为超临界压力的超临界冷冻循环装置。
在采用超临界冷冻循环装置的情况下，由于高压侧压力气体和中间压力气体的温度较高，蓄存在高压气体冷媒、中间压力气体冷媒、高压侧回路构成部件、中间压力回路构成部件等中的热量很大，所以缩短除霜运转时间的效果显著。
【附图说明】
图1是根据本发明实施形式的热水供应装置的回路图。
图2是用于说明根据本发明实施形式的热水供应装置的恒定热水供应运转时的冷冻循环装置的运转的莫里尔热力学计算图。
具体实施形式
下面，参照附图详细说明本发明的实施形式。
图1是根据本发明实施形式的热水供应装置的回路图。如图1所示，根据实施形式1的热水供应装置，配有：超临界冷冻循环装置1、热水供应单元2和控制装置3。另外，在该实施形式中，控制装置3设置在超临界冷冻循环装置1内。并且，超临界冷冻循环装置1和热水供应单元2通过水用连接配管5、6连接起来。
超临界冷冻循环装置1配有将两级压缩机11、高压侧热交换器12、电动膨胀阀13、蒸发器14、蓄热器15顺次连接起来的闭合回路(冷媒回路)。在该冷媒回路内部，填充有二氧化碳CO2，作为进行超临界冷却循环运转的替代冷媒。作为冷却、空调用的代表性的天然冷媒，可以举出碳氢化合物(HC：丙烷或异丁烷等)、氨、空气和CO2等。但是，作为冷媒的特性，碳氢化合物和氨能量效率良好但存在具有可燃性和毒性等负面问题，空气存在在超低温区域以外能量效率变差等问题。相对而言，二氧化碳不具有可燃性和毒性，是安全的。
两级压缩机是开发用于超临界冷冻循环装置中的，在密闭壳体内，内置有低级侧压缩机11a、高级侧压缩机11b、用于驱动这些压缩机11a和11b的电动机11c，低级侧压缩机11a的排出侧和高级侧压缩机11b的吸入侧被设置在压缩机壳体外部的中间连接配管11d连接起来。并且，密闭壳体内的空间被中间压力气体、即低级侧压缩机11a的排出气体充满。这样，密闭壳体内为中间压力的原因是，作用在各压缩机的各个部位上的力、以及密闭壳体内外之间的压力差保持在适当的范围内，避免有较大的力的作用，因此，其可以作为高可靠性、低振动、低噪音、高效率的压缩机。
另外，前述中间连接配管11d，虽然也可以将低级侧压缩机11a的排出口和高级侧压缩机11b的吸入口直接连接起来，但是，在本实施形式的情况下，则是通过使将低级侧压缩机11a排出气体导入到密闭壳体内的高级侧压缩机11b的吸入口在该密闭壳体内开口，将低级侧压缩机11a的排出侧和高级侧压缩机11b的吸入侧连接起来。
高压侧热交换器12由导入从高级侧压缩机11b排出的高压冷媒的冷媒用热交换管12a、和导入从配置在热水供应单元2内的蓄水箱21送出的热水供应用水的水用热交换管12b构成，两者形成热交换关系。因此，从高级侧压缩机11b排出的高温高压的冷媒气体被从蓄水箱21送出的热水供应用水冷却，该热水供应用水被高温高压冷媒产生的热加热。
电动膨胀阀13，对被高压侧热交换器12冷却的高压气体冷媒减压，其是由脉冲马达驱动的。并且，利用后面所述的控制装置3控制其开度。
蒸发器14，使被电动膨胀阀13减压的低压气液混合冷媒与作为热源媒体的外界气体进行热交换，对该冷煤气化。另外，在该蒸发器14中，附加设置有用于检测蒸发器的结霜量的结霜检测器31和检测外界气体温度的外界气体温度检测器32。
热水供应单元2配有：蓄水箱21、热水循环泵22、热水供应配管23、给水配管24。
而且，蓄水箱21上部和下部，相对于前述水用热交换管12b利用包含水用连接配管5、6的热水循环回路P连接起来。并且，在蓄水箱21中，由于重力差的作用，越靠上部热水温度越高。因此，以将蓄水箱21下部的温度较低的水送入水用热交换管12b、将被水用热交换管12b加热的温度较高的水导入到蓄水箱21上部的方式，形成热水循环回路P，同时，在该热水循环回路P中安装有热水循环泵22。另外，利用设置在蓄水箱21上部的热水温度检测器33测定蓄水箱21内的上部热水温度、即加热温度。
热水供应配管23用于向热水龙头、浴缸等供应热水，以可以供应蓄水箱21中的高温热水的方式连接到蓄水箱21的上部。另外，在该热水供应回路中安装有开关阀25。
给水配管24可以向蓄水箱21内供应普通的自来水，其通过止回阀26、减压阀27连接到蓄水箱21的底部上。
控制装置3，当操作操作开关(图中未示出)时发出运转开始指令，随之，按照由热水温度检测器33检测的热水供应用水的加热温度进行压缩机11的运转控制，按照由外界气体温度检测器32检测出的外界气体温度和前述加热温度进行电动膨胀阀13的控制，此外，利用结霜检测器31检测蒸发器14的结霜量，当该结霜量达到规定值时，发出进行后面所述的除霜运转的指令。
作为构成除霜装置的元件，在前述冷媒回路中，设有第一旁通回路16和第二旁通回路17两个旁通回路。第一旁通回路16设置在高级侧压缩机11b的排出配管18、和蒸发器入口侧的配管(即，连接电动膨胀阀13和蒸发器14的配管)19之间，在中途设有第一电磁开关阀16a。另一方面，第二旁通配管17设置在连接低级侧压缩机11a的排出侧和高级侧压缩机11b的吸入侧的中间连接配管11d、和蒸发器入口侧配管19之间，在中途设有第二电磁开关阀17a。另外，由于连接低级侧压缩机11a的排出侧和高级侧压缩机11b的吸入侧的中间连接配管11d设置在压缩机壳体外部，所以可以容易地进行第二旁通回路的连接。
下面，说明采用上述冷冻循环装置的热水供应装置的动作。
首先，参照图2的莫里尔热力学计算图说明在恒定热水供应运转时的冷冻循环装置的运转。另外，在恒定运转时的冷媒流向如图1中的实线箭头所示。
构成两级压缩机11的低级侧压缩机11a，吸入从蓄热器15而来的低压气体(r1)，并压缩至中间压力(r2)。被压缩至中间压力的气体冷媒(r2)由中间连接配管11d导入到两级压缩机11的壳体内，在该壳体内进行一定程度的冷却(r3)，吸入到高级侧压缩机11b(r3)，将其压缩至超临界压力并送入高压侧热交换器12(r4)。该高压气体(r4)由高压侧热交换器12与从蓄水箱21送出的热水供应用水进行热交换，高压冷媒本身被冷却(r5)，热水供应用水被加热并返回到蓄水箱21上部。
被高压侧热交换器12冷却的高压气体冷媒(r5)，形成被电动膨胀阀13减压的气液混合气体冷媒，送至蒸发器14(r6)。送至蒸发器14的气液混合气体冷媒(r6)与外界气体进行热交换，从外界气体汲取热量并被气化，经过蓄热器15被吸入到低级侧压缩机11a中。另外，蓄热器15在冷冻循环装置启动时不将蓄留在低压侧回路部分中的冷媒吸入到压缩机中，在恒定运转时不具有特殊的功能。另外，运转停止过程中，在作为蒸发器的主要部分的低压侧回路部分中，由于被外界气体冷却，所以产生高压侧回路部分的气体冷媒流入到低压侧回路部分并液化、蓄留起来的现象。
通过上述循环，从外界气体汲取的热量和两级压缩机12中的做功量相当的热量被释放到高压侧热交换器12中，利用该热量加热从蓄水箱21送出的热水供应用水，形成热水并从蓄水箱21的上部蓄存进去。
下面，对除霜运转时的操作进行说明。图1中的波浪线箭头表示该除霜运转时的冷媒流向。当以外界气体温度较低的状态与上述恒定运转衔接时，在蒸发器14逐渐结霜。当该霜的量达到一定程度以上时，结霜检测器31对其进行检测。从而，从控制装置3发出除霜指令。根据该除霜指令，在两级压缩机运转、蒸发器14的送风机(图中未示出)的运转、从蓄水箱21向高压侧热交换器12的热水供应用水的送水等上述恒定运转时的运转状态继续的状态下，打开第一旁通回路16中的第一电磁开关阀16a和第二旁通回路17中的第二电磁开关阀17a。
这样，在打开第一和第二电磁开关阀16a、17a的状态下，电磁开关阀16a、17a的冷媒流通阻力设定得较小，从而，不会产生象恒定运转时那样的高低压力差，高低压力形成大致平衡的状态。因此，高级侧压缩机11b和低级侧压缩机11a均作为增压器使用。因而，通过两个压缩机11a、11b的运转，蓄存在高压侧回路部分和中间压力部分中的气体冷媒以及电动机11c等部分的结构部件中的热量，以从作为增压器工作的两个压缩机11a、11b供应的热气为媒质被送至蒸发器14，一下子释放出来。
因此，附着在蒸发器14上的霜被一下子融化，在短时间内完成除霜。
另外，本发明的思路不限于上述那样的应用超临界冷冻循环装置的热水供应装置，也可以适用于通常的冷冻循环装置之中。但是，在采用超临界冷冻循环装置的热水供应装置中，与通常的冷冻循环装置的情况相比，在恒定运转时的高压侧压力高，高压侧回路部分的热容量大，因而缩短除霜时间的效果显著。
由于本发明采用上述结构，所以具有以下效果。
采用本发明，配有将以低级侧压缩机和高级侧压缩机为构成要件的两级压缩机、冷却从构成该两级压缩机的高级侧压缩机排出的气体的高压侧热交换器、膨胀阀、与外界气体进行热交换的蒸发器顺次连接起来的冷媒回路，该冷媒回路包括：从构成前述两级压缩机的高级侧压缩机的排出侧至前述蒸发器入口侧的第一旁通回路、从前述两级压缩机中低级侧压缩机的排出侧至前述蒸发器入口侧的第二旁通回路，该第一旁通回路和第二旁通回路，分别具有在恒定冷却运转时关闭、在除霜运转时打开的开关阀，因而，在除霜运转时，低级侧压缩机和高级侧压缩机可以有效地作为增压器的功能，使蓄存在高压侧回路部分和中间压力部分中的热一下子释放到蒸发器中，可以缩短除霜运转时间。
并且，前述两级压缩机，在密闭壳体内内置高级侧压缩机和低级侧压缩机，前述低级侧压缩机的排出侧和前述高级侧压缩机的吸入侧通过配置在前述压缩机壳体外部的中间连接配管连接起来，前述第二旁通回路，在该中间连接配管中具有与前述低级侧压缩机的排出侧连接的连接部，因而，可以容易地实现前述第二旁通配管的连接。
并且，前述冷冻循环装置是高压侧压力为超临界压力的超临界冷冻循环装置，因而，蓄存在高压气体冷媒、中间压力气体冷媒、高压侧回路构成部件、中间压力回路构成部件等中的热量很大，所以缩短除霜运转时间的效果显著。