專利名稱：發(fā)動機驅(qū)動式熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有相對于室外熱交換器及吸入路徑并聯(lián)連接的廢熱回收路徑的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵的制熱運轉(zhuǎn)時的過熱度的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
具有由發(fā)動機驅(qū)動的壓縮機和在制熱運轉(zhuǎn)時將發(fā)動機廢熱回收到制冷劑的廢熱 回收器的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵已經(jīng)公知。日本特開2006-250438號公報中公開的發(fā)動機驅(qū)動 式熱泵為在與吸入路徑連通的情況下相對于成為蒸發(fā)器的室外熱交換器及吸入路徑并聯(lián) 連接廢熱回收器的制冷劑回路構(gòu)成，通過室外熱交換膨脹閥控制從吸入路徑和廢熱回收路 徑合流后到壓縮機吸入側(cè)的過熱度。但是，日本特開2006-250438號公報中公開的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵，在將室外熱交 換器作為主蒸發(fā)器使用的前提下，控制室外熱交換器用膨脹閥，但根據(jù)大氣溫度或制熱負 荷，在室外熱交換器為主蒸發(fā)器時，可能難以確保室外和室內(nèi)的熱交換量的平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，提供一種通過大氣溫度或制熱負荷能夠選擇最佳的主蒸發(fā)器 的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵。本發(fā)明提供一種發(fā)動機驅(qū)動式熱泵，在室外熱交換器作為蒸發(fā)器起作用的情況下 相對于該室外熱交換器并聯(lián)連接廢熱回收器，其中，相對于所述情況的室外熱交換器及廢 熱回收器并聯(lián)連接過冷卻器，將第一膨脹閥設(shè)于所述情況的室外熱交換器的入口部并將該 室外熱交換器出口部的過熱度構(gòu)成為控制目標，將第二膨脹閥設(shè)于所述廢熱回收器的入口 部并將該廢熱回收器出口部的過熱度構(gòu)成為控制目標，將第三膨脹閥設(shè)于所述過冷卻器的 入口部并將該過冷卻器出口部的過熱度構(gòu)成為控制目標，將在壓縮機吸入路徑中、所述情 況的室外熱交換器出口側(cè)路徑、所述廢熱回收器出口側(cè)路徑及所述過冷卻器出口側(cè)路徑的 合流點之后的過熱度設(shè)為吸入過熱度，設(shè)為能夠替換所述第一膨脹閥、所述第二膨脹閥、及 所述第三膨脹閥各自的所述過熱度，將該吸入過熱度選擇作為控制目標的構(gòu)成，將該吸入 過熱度選擇作為所述第一膨脹閥的控制目標，所述三種膨脹閥中剩余的兩種以各自的出口 部的過熱度為控制目標。本發(fā)明的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵中，優(yōu)選的是，在大氣溫度低于規(guī)定溫度的情況下，將 所述吸入過熱度選擇作為所述第二膨脹閥的控制目標，所述三種膨脹閥中剩余的兩種以各 自的出口部的過熱度為控制目標。本發(fā)明的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵中，優(yōu)選的是，在制熱負荷小于規(guī)定負荷的情況下，將 所述吸入過熱度選擇作為所述第三膨脹閥的控制目標，所述三種膨脹閥中剩余的兩種以各 自的出口部的過熱度為控制目標。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵，通過大氣溫度或制熱負荷能夠選擇最佳的主蒸 發(fā)器。


圖1是表示本發(fā)明的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵的整體構(gòu)成的制冷劑回路構(gòu)成圖。
圖2是表示本發(fā)明的E⑶的構(gòu)成的框圖。圖3是表示本發(fā)明的制熱運轉(zhuǎn)時的各膨脹閥的控制目標的過熱度的圖表。
具體實施例方式使用圖1對本發(fā)明的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵1的構(gòu)成進行說明。發(fā)動機驅(qū)動式熱泵1由一臺室外機70和多臺室內(nèi)機71構(gòu)成。在以下的實施方式 中，為便于說明，對于一臺室外機70連接有一臺室內(nèi)機71。發(fā)動機驅(qū)動式熱泵1將如下構(gòu)件連接而構(gòu)成由發(fā)動機(圖示略)驅(qū)動而壓縮制 冷劑的壓縮機2 ；在制冷運轉(zhuǎn)時及制熱運轉(zhuǎn)時切換壓縮機2的排放側(cè)及吸入側(cè)的連接點的 四通閥3;室外熱交換器11 ；室內(nèi)熱交換器15;第一膨脹閥31，其設(shè)于將室外熱交換器11及 室內(nèi)熱交換器15的各自的液體管路側(cè)連接的路徑中；貯存通過室外熱交換器11或室內(nèi)熱 交換器15冷凝了的液體制冷劑的貯藏罐6。在制冷運轉(zhuǎn)時，利用四通閥3將壓縮機2的排放側(cè)與室外熱交換器11連接，將壓 縮機2的吸入側(cè)與室內(nèi)熱交換器15連接，室外熱交換器11作為冷凝器起作用，室內(nèi)熱交換 器15作為蒸發(fā)器起作用。在制熱運轉(zhuǎn)時，通過四通閥3將壓縮機2的排放側(cè)與室內(nèi)熱交換 器15連接，將壓縮機2的吸入側(cè)與室外熱交換器11連接，室內(nèi)熱交換器15作為冷凝器起 作用，室外熱交換器11作為蒸發(fā)器起作用。第一膨脹閥31是用于控制室外熱交換器11作 為蒸發(fā)器起作用時的吸入室外熱交換器11的出口部、即向壓縮機2吸入的制冷劑的過熱度 的流量調(diào)節(jié)閥。排放路徑20是將壓縮機2的排放側(cè)和四通閥3連接的路徑。在排放路徑20設(shè)有 用于將氣體制冷劑中包含的冷凍機油分離并使其返回壓縮機2的吸入側(cè)的油分離器8。吸入路徑21是連接壓縮機2的吸入側(cè)和四通閥3的路徑。低壓壓力傳感器55及 室外熱交換出口溫度傳感器41被設(shè)于吸入路徑21。在此，在吸入路徑21的合流點Jl合流 后述的廢熱回收路徑22。吸入溫度傳感器40被設(shè)于從合流點Jl到壓縮機2的吸入側(cè)的路 徑。廢熱回收路徑22是在貯藏罐6的出口處與連接于室外熱交換器11的液體管路側(cè) 的路徑分支、并與通過室外熱交換器11的路徑并列地連接向吸入路徑21的路徑。在廢熱 回收路徑22上，從與通過室外熱交換器11的路徑的分支點朝向與吸入路徑的合流點Jl依 次設(shè)有第二膨脹閥32、廢熱回收器12。通過廢熱回收器12的雙點劃線表示發(fā)動機冷卻水 的流向。在廢熱回收路徑22的合流點J2合流后述的過冷卻路徑23。廢熱回收出口溫度傳 感器42設(shè)置在從廢熱回收器12的出口部到合流點J2之間。過冷卻路徑23是在貯藏罐6的出口處與通過室外熱交換器11的路徑、上述廢熱 回收路徑22分支并與這些路徑并列地連接向吸入路徑21的路徑。在過冷卻吸入路徑23 上，從與通過室外熱交換器11的路徑等的分支點朝向與廢熱回收路徑22的合流點J2依次 設(shè)置有第三膨脹閥33、過冷卻器13。過冷卻出口溫度傳感器43設(shè)置在從過熱冷卻13的出 口部到合流點J2之間。
對這樣的制冷劑回路構(gòu)成的制熱運轉(zhuǎn)時的制冷劑舉動進行說明。在制熱運轉(zhuǎn)時，四通閥3將吸入路徑21和室外熱交換器11連通(參照圖1)。 由壓縮機2壓縮并排放的高溫、高壓的氣體制冷劑經(jīng)由四通閥3被送到室內(nèi)熱交 換器15，在該室內(nèi)熱交換器15中向由室內(nèi)風(fēng)扇62送風(fēng)的室內(nèi)空氣散熱而由此被冷凝，該冷 凝熱向室內(nèi)的空氣中散熱，對室內(nèi)的空氣進行保溫。在此，氣體制冷劑成為液體制冷劑。而 且，液體制冷劑流入貯藏罐6內(nèi)，到達作為室外熱交換膨脹閥起作用的第一膨脹閥31，由該 第一膨脹閥31急速減壓，形成容易蒸發(fā)的氣液混合制冷劑，被導(dǎo)向室外熱交換器11。該室 外熱交換器11為蒸發(fā)器，氣液混合制冷劑從室外的空氣中獲取蒸發(fā)熱而成為氣體制冷劑。 而且，經(jīng)由室外熱交換器11氣化了的氣體制冷劑經(jīng)過四通閥3且通過吸入路徑21被吸入 壓縮機2進行壓縮后，再次被排放。在此，對制熱運轉(zhuǎn)時的廢熱回收路徑22及過冷卻路徑23的制冷劑舉動進行說明。從貯藏罐6分支的液體制冷劑在廢熱回收路徑22由作為廢熱回收膨脹閥起作用 的第二膨脹閥32急速減壓，形成容易蒸發(fā)的氣液混合制冷劑并被導(dǎo)入廢熱回收器12。在 此，廢熱回收器12也成為蒸發(fā)器，氣液混合制冷劑從發(fā)動機廢熱獲取蒸發(fā)熱而成為氣體制 冷劑。氣體制冷劑在合流點Jl與吸入路徑21合流，被壓縮機2吸入并進行壓縮后，再次被 排放。另一方面，從貯藏罐6分支的液體制冷劑在過冷卻路徑23由作為過冷卻膨脹閥起 作用的第三膨脹閥33急速減壓，形成容易蒸發(fā)的氣液混合制冷劑并被導(dǎo)向設(shè)于貯藏罐6內(nèi) 的過冷卻器13。該過冷卻器13也成為蒸發(fā)器，氣液混合制冷劑從貯藏罐6內(nèi)的液體制冷劑 獲取蒸發(fā)熱而成為氣體制冷劑。氣體制冷劑在合流點J2與廢熱回收路徑22合流，在合流 點Jl與吸入路徑21合流，被壓縮機2吸入并進行壓縮后，再次被排放。使用圖2對Electronic Control Unit (電子控制單元，以下稱作ECU) 10的構(gòu)成 進行說明。E⑶10將低壓壓力傳感器55、吸入溫度傳感器40、室外熱交換出口溫度傳感器41、 廢熱回收出口溫度傳感器42、過冷卻出口溫度傳感器43、及大氣溫度傳感器45與第一膨脹 閥31、第二膨脹閥32、及第三膨脹閥33連接而構(gòu)成。使用圖1及圖2對各過熱度的控制構(gòu)成進行說明。制熱運轉(zhuǎn)時的室外熱交換器11的出口部的過熱度即室外熱交換過熱度SHl (以下 稱作過熱度SHl)通過由室外熱交換出口溫度傳感器41檢測的室外熱交換出口溫度Tl、和 由低壓壓力傳感器55檢測的低壓壓力LP的飽和相當溫度Te (以下稱作蒸發(fā)溫度Te)的溫 度差求出。以該溫度差收斂于規(guī)定范圍為控制目標，進行第一膨脹閥31的開度調(diào)節(jié)。制熱運轉(zhuǎn)時的廢熱回收器12的出口部的過熱度即廢熱回收過熱度SH2(以下稱作 過熱度SH2)通過由廢熱回收出口溫度傳感器42檢測的廢熱回收出口溫度T2、和蒸發(fā)溫度 Te的溫度差求出。以該溫度差收斂于規(guī)定范圍為控制目標，進行第二膨脹閥32的開度調(diào) 節(jié)。制熱運轉(zhuǎn)時的過冷卻器13的出口部的過熱度即過冷卻過熱度SH3(以下稱作過熱 度SH3)通過由過冷卻出口溫度傳感器43檢測的過冷卻出口溫度T3、和蒸發(fā)溫度Te的溫度 差求出。以該溫度差收斂于規(guī)定范圍為控制目標，進行第三膨脹閥33的開度調(diào)節(jié)。從合流點Jl到壓縮機2的吸入側(cè)的過熱度即吸入過熱度SHO (以下稱作過熱度SHO)通過由吸入溫度傳感器40檢測的吸入管溫度TO和蒸發(fā)溫度Te的溫度差求出。吸入過熱度SHO是被壓縮機2吸入的制冷劑的最終的過熱度，為防止壓縮機2的 液體壓縮，需要以成為正的值的方式調(diào)節(jié)第一膨脹閥31、第二膨脹閥32、第三膨脹閥33的 各開度。本實施方式中，如后述根據(jù)蒸發(fā)能力或冷凝能力將上述三種膨脹閥的控制目標替 換為各自的上述目標，并以吸入過熱度SHO收斂于規(guī)定范圍為控制目標進行選擇。另外，在本實施方式中，以吸入過熱度SHO收斂于5 8度(deg)的方式調(diào)節(jié)第一 膨脹閥31、第二膨脹閥32、第三膨脹閥33的各開度。
另外，大氣溫度Ta由設(shè)于室外熱交換器11附近的大氣溫度傳感器45檢測。使用圖3對制熱運轉(zhuǎn)時的各過熱度的控制進行說明。圖3中，對應(yīng)于蒸發(fā)能力Δ Te 及制熱能力Δ Tc，表示第一 第三膨脹閥31 33的控制目標的各過熱度。本實施方式中，根據(jù)由大氣溫度Ta或室內(nèi)機71的工作臺數(shù)η、工作時期或設(shè)置場 所決定的制熱需求即冷凝能力△ Tc，分配使用以室外熱交換器11、廢熱回收器12、及過冷 卻器13中的哪一個熱交換器為主蒸發(fā)器。在此，主蒸發(fā)器是指在制熱運轉(zhuǎn)中，將以過熱度SHO為控制目標的膨脹閥設(shè)于入 口側(cè)的熱交換器。另外，在本實施方式中，作為大氣溫度Ta和蒸發(fā)溫度Te的差即蒸發(fā)能力ATe，分 配使用控制過熱度的膨脹閥。在蒸發(fā)能力ATe為5°C以上的情況下，將第一膨脹閥31的控制目標從過熱度SHl 切換為SH0。另一方面，第二膨脹閥32的控制目標仍保持為過熱度SH2，第三膨脹閥的控制 目標仍保持為過熱度SH3。此時，主要進行第一膨脹閥31的開度調(diào)節(jié)，室外熱交換器11作 為主蒸發(fā)器起作用。這樣，例如在需要寬范圍的制熱能力的狀況下，由于能夠?qū)⑹彝鉄峤粨Q器11作為 主蒸發(fā)器使用，所以能夠?qū)?yīng)各種制熱需求。在蒸發(fā)能力Δ Te不足5°C的情況下，將第二膨脹閥32的控制目標從過熱度SH2切 換為過熱度SH0。另一方面，第一膨脹閥31的控制目標仍保持為過熱度SH1，第三膨脹閥的 控制目標仍保持為過熱度SH3。此時，由于難以與大氣進行熱交換，所以主要進行第二膨脹 閥32的開度調(diào)節(jié)。這樣，在由于大氣溫度Ta低，故而蒸發(fā)能力Δ Te變低，將室外熱交換器11作為蒸 發(fā)器使用困難的狀況下，由于能夠?qū)⑴c發(fā)動機廢熱進行熱交換的廢熱回收器12作為主蒸 發(fā)器使用，所以能夠長期持續(xù)進行制熱運轉(zhuǎn)。另外，由于避免了以過熱度SHl為控制目標進 行開度調(diào)節(jié)的膨脹閥在第一膨脹閥31和第二膨脹閥32之間頻繁地切換，所以也可以對閾 值5°C設(shè)定滯后量α。即，在將以過熱度SHO為控制目標的膨脹閥從第一膨脹閥31向第二 膨脹閥32切換時，設(shè)為5-α °C，在從第二膨脹閥32向第一膨脹閥31切換時，設(shè)為5+α °C。另外，在蒸發(fā)能力ATe比冷凝能力Δ Tc大很多時，例如在室內(nèi)機71的工作臺數(shù) η為規(guī)定臺數(shù)以下的情況下，將第三膨脹閥33的控制目標從過熱度SH3切換為過熱度SH0。 另一方面，第一膨脹閥31的控制目標仍保持為過熱度SH1，第二膨脹閥的控制目標仍保持 為過熱度SH2。此時，僅與大氣進行熱交換時，過熱度SHO變得過大，通過對第三膨脹閥33 進行開度調(diào)節(jié)，使比過熱度SHO低的過熱度SH2的制冷劑經(jīng)合流點J2及Jl合流，由此使過 熱度SHO收斂于規(guī)定范圍。
這樣，即使在僅與大氣進行熱交換時蒸發(fā)能力過剩的情況下，由于通過過冷卻器13實現(xiàn)吸入過熱度的溫度降低，所以能夠長期持續(xù)進行制熱運轉(zhuǎn)。特別是在春、秋的中間期間，可以考慮到大氣溫度Ta高，另一方面，多臺被連接了 的室內(nèi)機71中的工作臺數(shù)η少，因此，與蒸發(fā)能力ATe相比冷凝能力ATc非常小的狀況。 這樣的情況下，將第三膨脹閥33的控制目標作為過熱度SH0，并利用通過過冷卻器13的制 冷劑實現(xiàn)吸入過熱度的溫度降低。這樣，即使在蒸發(fā)能力Δ Te與冷凝能力Δ Tc相比非常大的狀況下，也能夠通過過 冷卻器13抑制室外熱交換器11的過剩蒸發(fā)能力，因此，能夠進行制熱運轉(zhuǎn)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠利用于發(fā)動機驅(qū)動式熱泵。
權(quán)利要求
一種發(fā)動機驅(qū)動式熱泵，在室外熱交換器作為蒸發(fā)器起作用的情況下，該發(fā)動機驅(qū)動式熱泵相對于該室外熱交換器并聯(lián)連接廢熱回收器，其特征在于，相對于所述情況的室外熱交換器及廢熱回收器并聯(lián)連接過冷卻器，將第一膨脹閥設(shè)于所述情況的室外熱交換器的出口部并將該出口部的過熱度構(gòu)成為控制目標，將第二膨脹閥設(shè)于所述廢熱回收器的出口部并將該出口部的過熱度構(gòu)成為控制目標，將第三膨脹閥設(shè)于所述過冷卻器的出口部并將該出口部的過熱度構(gòu)成為控制目標，將在壓縮機吸入路徑中、所述情況的室外熱交換器出口側(cè)路徑、所述廢熱回收器出口側(cè)路徑及所述過冷卻器出口側(cè)路徑的合流點之后的過熱度設(shè)為吸入過熱度，設(shè)為能夠替換所述第一膨脹閥、所述第二膨脹閥、及所述第三膨脹閥各自的所述過熱度，將該吸入過熱度選擇作為控制目標的構(gòu)成，將該吸入過熱度選擇作為所述第一膨脹閥的控制目標，所述三種膨脹閥中剩余的兩種以各自的出口部的過熱度為控制目標。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵，其特征在于，在大氣溫度低于規(guī)定溫度的情況下，將所述吸入過熱度選擇作為所述第二膨脹閥的控 制目標，所述三種膨脹閥中剩余的兩種以各自的出口部的過熱度為控制目標。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵，其特征在于，在制熱負荷小于規(guī)定負荷的情況下，將所述吸入過熱度選擇作為所述第三膨脹閥的控 制目標，所述三種膨脹閥中剩余的兩種以各自的出口部的過熱度為控制目標。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動機驅(qū)動式熱泵，能夠通過大氣溫度或制熱負荷選擇最佳的主蒸發(fā)器。本發(fā)明的發(fā)動機驅(qū)動式熱泵(1)在室外熱交換器(11)作為蒸發(fā)器起作用的情況下相對于室外熱交換器(11)并聯(lián)連接廢熱回收器(12)，其中，相對于所述情況的室外熱交換器(11)及廢熱回收器(12)并聯(lián)連接過冷卻器(13)，設(shè)定成能夠替換第一膨脹閥(31)、第二膨脹閥(32)、及第三膨脹閥(33)的各自的過熱度，將吸入過熱度(SH0)選擇作為控制目標的構(gòu)成，將吸入過熱度(SH0)選擇作為所述第一膨脹閥(31)的控制目標，第二膨脹閥(32)、第三膨脹閥(33)以各自的出口部的過熱度(SH2、SH3)為控制目標。
文檔編號F25B1/00GK101960236SQ20098010819
公開日2011年1月26日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者成安弘樹, 杉森啟二 申請人:洋馬株式會社