CN104620063B - 发动机驱动热泵冷却机 - Google Patents

Abstract

热泵冷却机(100)具备：空气热交换器(3)、水热交换器(4)、切换冷水运转和温水运转的运转切换机构(2)、发动机排热回收器(5)、调节朝向所述发动机排热回收器(5)的液体状态的所述制冷剂的流量的第二膨胀阀(7)、在该制冷剂流入部的下游并列设置有第一膨胀阀(6)和第二膨胀阀(7)的流向控制机构(8)、调节流经所述发动机排热回收器(5)的所述排热介质的流量的流量调整阀(33)、以及在所述冷水运转时当将所述水热交换器(4)中的热交换量的目标值设定为规定值以下时，以所述制冷剂和所述排热介质流经所述发动机排热回收器(5)的方式，打开所述第二膨胀阀(7)和所述流量调整阀(33)的控制装置(50)。

Description

发动机驱动热泵冷却机

技术领域

本发明涉及一种通过发动机将压缩制冷剂的压缩机进行驱动，并通过所述制冷剂的冷凝热或蒸发热来调节作为热介质的水的温度的发动机驱动热泵冷却机。

背景技术

以往，已知有以制冷剂的冷凝热制作温水，以制冷剂的蒸发热制作冷水的热泵冷却机。该热泵冷却机中所要求的负载侧的温度范围比热泵空调机所要求的负载侧的温度范围广。在热泵空调机中，所要求的温度范围为，例如从20℃(暖气设定温度)到27℃(冷气设定温度)。另一方面，在热泵冷却机中，所要求的温度范围为，例如从7℃(冷水)到45℃(温水)。

专利文献1的日本特开昭59-60155公开了一种具有外部空气侧热交换器3(空气热交换器)、负载侧热交换器7(水热交换器)以及外部空气温度降低时工作蒸发器24的热泵冷却机。该热泵冷却机可进行冷暖气运转，并通过四通阀2的切换，使外部空气侧热交换器3和负载侧热交换器7分别作为冷凝器或蒸发器而发挥作用。外部空气温度降低时工作蒸发器24，在制造温流体时将发动机排热作为热源进行工作(权利要求1，公报第3页左下栏15行～17行)，并且仅作为蒸发器而被利用。与四通阀2的切换无关，第一蒸发器(3、7)以及第二蒸发器(24)，相对于制冷剂的流向并列设置(附图)。

专利文献2的日本专利4549205公开了一种具有室外热交换器4(空气热交换器)、室内热交换器5以及发动机排热回收器15的热泵空调机。该热泵空调机可进行冷暖气运转，并通过四通阀3的切换，使室外热交换器4和室内热交换器5分别作为冷凝器或蒸发器而发挥作用。发动机排热回收器15在暖气运转时将发动机排热作为热源进行工作，并且仅作为蒸发器而被利用。与四通阀2的切换无关，第一蒸发器(4、5)以及第二蒸发器(15)，相对于制冷剂的流向并列设置(图1)。另外，专利文献2也公开了在暖气运转时，将分别通过室外热交换器4以及发动机排热回收器15的制冷剂量进行调整的控制(第0030段)。基于通过了室外热交换器4的制冷剂与通过了发动机排热回收器15的制冷剂的合流后的制冷剂的过热度，来控制室外热交换器4的制冷剂量，基于通过了发动机排热回收器15后的且合流前的过热度，来控制发动机排热回收器的制冷剂量(第0031段)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭59-60155号公报

专利文献2：日本专利第4549205号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

在冷水运转时发生负载变小的情况。这是指，例如在进入冷却机的水的温度为7.1℃时，流出冷却机的水的温度被设定为7.0℃的情况。在这种的情况下，为了缩小制冷剂循环量，以减少压缩机的运转台数的方式且以使运转中的压缩机的转数降低的方式，来控制冷却机。但是，当压缩机的转数比规定的容许最低转数低时，压缩机的运转就不能继续。为此，就不能将冷却机的水热交换器中的热交换量，抑制在基于压缩机的容许最低转数所决定的能力以下。另外，当在水温低的情况下继续冷却机的运转时，就会存在水热交换器内的水会结冰这样的不好状况。这样在以水温低的状态要求低负载的情况下，通过当水温接近目标温度时停止热泵冷却机，当水温上升之后再次开始运转的、所谓的反复进行运转和停止，能防止水的结冰。但是，运转和停止的反复，会产生对压缩机施加过负载的不好状况。

这样，在压缩机被连续地驱动的情况下，存在冷水运转时不能将水热交换器中的热交换量降低到基于压缩机的容许最低转数所决定的能力以下这样的问题。在专利文献1和2中，并没有这种问题的公开或暗示，当然也未公开能解决这样的问题的结构。

这里，本申请的发明提供了一种不用使压缩机的驱动停止，而在冷水运转时能将水热交换器中的热交换量降低到基于压缩机的容许最低转数所决定的能力以下的热泵冷却机。

用于解决技术问题的技术方案

本发明所涉及的发动机驱动热泵冷却机是通过发动机将压缩制冷剂的压缩机进行驱动，并通过所述制冷剂的冷凝热或蒸发热来调节作为热介质的水的温度的发动机驱动热泵冷却机，具备：空气热交换器，其作为以空气为放热源将制冷剂进行液化的冷凝器或以空气为吸热源将制冷剂进行气化的蒸发器而发挥作用；水热交换器，其作为以气液二相制冷剂为放热源将所述水进行冷却的冷却器或以所述压缩机的喷出制冷剂为吸热源将水进行加热的加热器而发挥作用；运转切换机构，其将使所述水热交换器作为冷却器而发挥作用的冷水运转和使所述水热交换器作为加热器而发挥作用的温水运转进行切换；发动机排热回收器，其作为经由排热介质以所述发动机的排热为吸热源的制冷剂的蒸发器而发挥作用；第一膨胀阀，其在所述温水运转时调整朝向所述空气热交换器的液体状态的所述制冷剂的流量，并在所述冷水运转时调节朝向所述水热交换器的液体状态的所述制冷剂的流量；第二膨胀阀，其调节朝向所述发动机排热回收器的液体状态的所述制冷剂的流量；流向控制机构，其在该制冷剂流入部的下游并列配置有第一膨胀阀和第二膨胀阀；流量调整阀，其调节流经所述发动机排热回收器的所述排热介质的流量；以及控制装置，其以从所述水热交换器排出的水的温度收敛于已设定的目标温度的方式，来控制所述压缩机的转数，所述控制装置由以下方式构成：在所述冷水运转时，在由所述转数的降低导致所述压缩机的必要转数为容许最低转数以下的情况下，以所述制冷剂和所述排热介质流经所述发动机排热回收器的方式，来控制所述第二膨胀阀和所述流量调整阀的开度。

在所述热泵冷却机中，所述控制装置由以下方式构成：在所述转数为规定转数以下且排出的所述水的温度为所述目标温度以下的情况下，或者在所述转数为规定转数以下且返回所述压缩机的所述制冷剂的压力即制冷剂低压为规定压力以下的情况下，判定所述压缩机的必要转数为容许最低转数以下。

在所述热泵冷却机中，所述控制装置在所述温水运转的执行中且在所述排热介质流经所述发动机排热回收器时，基于通过所述空气热交换器的所述制冷剂与通过所述发动机排热回收器的所述制冷剂合流后的所述制冷剂的过热度，控制所述第一膨胀阀的开度，并且基于通过所述发动机排热回收器后的且合流前的所述制冷剂的过热度，控制所述第二膨胀阀的开度。

发明效果

本发明所涉及的发动机驱动热泵冷却机，不用使压缩机的驱动停止，而在冷水运转时能将水热交换器中的热交换量降低到基于压缩机的容许最低转数所决定的能力以下。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的热泵冷却机的结构图。

图2是冷水运转中的热泵冷却机的结构图。

图3是温水运转中的热泵冷却机的结构图。

图4是低负载时的冷水运转中的热泵冷却机的结构图。

图5是表示制冷剂低压、制冷剂高压以及压缩机的可使用压力范围的关系的图。

图6是第二实施方式所涉及的流向控制机构的结构图。

图7是第三实施方式所涉及的流向控制机构的结构图。

图8是第四实施方式所涉及的流向控制机构的结构图。

具体实施方式

(第一实施方式)

参照图1，对第一实施方式所涉及的热泵冷却机100进行说明。图1是第一实施方式所涉及的热泵冷却机100的结构图。

热泵冷却机100具备：制冷剂进行循环的制冷剂回路10、发动机冷却水进行循环的冷却水回路30、作为热介质的水进行流动的水回路40、控制装置50以及输入装置60。用户通过操作输入装置60，指示热泵冷却机100的运转。控制装置50基于输入的指令，控制制冷剂回路10、冷却水回路30以及水回路40的驱动。通过该操作，热泵冷却机100调整流经水回路40的水的温度。

制冷剂回路10具备：压缩机1、四通阀2、空气热交换器3、水热交换器4、发动机排热回收器5、第一膨胀阀6、第二膨胀阀7以及流向控制机构8。

另外，制冷剂回路10具备：喷出路径11、吸入路径12、气体路径13、液体路径14、高压液体路径15、低压液体路径16、液体路径17、气体路径18、高压液体路径19、低压液体路径20以及低压气体路径21。喷出路径11连接压缩机1以及四通阀2。吸入路径12连接四通阀2以及压缩机1。气体路径13连接四通阀2以及空气热交换器3。液体路径14连接空气热交换器3以及流向控制机构8。高压液体路径15连接流向控制机构8以及第一膨胀阀6。低压液体路径16连接第一膨胀阀6以及流向控制机构8。液体路径17连接流向控制机构8以及水热交换器4。气体路径18连接水热交换器4以及四通阀2。高压液体路径19在连接点P1从高压液体路径15分支，并连接高压液体路径15以及第二膨胀阀7。低压液体路径20连接第二膨胀阀7以及发动机排热回收器5。低压气体路径21连接发动机排热回收器5以及吸入路径12，并在连接点P2与吸入路径12合流。合流路径12a指的是在吸入路径12中连接点P2的下游侧(压缩机1侧)。

压缩机1从吸入路径12吸入制冷剂，并压缩该制冷剂，从喷出路径11喷出该制冷剂。四通阀(运转切换机构)2在冷水运转时将喷出路径11连接于气体路径13并且将吸入路径12连接于气体路径18，在温水运转时将喷出路径11连接于气体路径18并且将吸入路径12连接于气体路径13。此外，所谓的冷水运转指的是将水回路40的水进行冷却的运转状态，所谓的温水运转指的是将水回路40的水进行加热的运转状态。空气热交换器3在冷水运转时作为以空气为放热源来液化制冷剂的冷凝器而发挥作用，在温水运转时作为以空气为吸热源来气化制冷剂的蒸发器而发挥作用。水热交换器4在冷水运转时作为以气液二相制冷剂为放热源来将水进行冷却的冷却器而发挥作用，在温水运转时作为以喷出路径11的制冷剂为吸热源将水进行加热的加热器而发挥作用。发动机排热回收器5如后所述那样作为经由发动机冷却水以发动机31的排热为吸热源来气化制冷剂的蒸发器而发挥作用。第一膨胀阀6在温水运转时调整朝向空气热交换器3的液体状态的制冷剂的流量，在冷水运转时调整朝向水热交换器4的液体状态的制冷剂的流量。第二膨胀阀7调整朝向发动机排热回收器5的液体状态的制冷剂的流量。在流向控制机构8的制冷剂流入部的下游并列地配置第一膨胀阀6和第二膨胀阀7。其结果，在冷水运转时的制冷剂的流向上并列配置有水热交换器4和发动机排热回收器5，在温水运转时的制冷剂的流向上并列配置空气热交换器3和发动机排热回收器5。下面对流向控制机构8的结构进行说明。

在图1中，流向控制机构8具备：闭合路径80和4个止回阀81、82、83、84。4个止回阀81、82、83、84被配置于闭合路径80。在闭合路径80中，2个止回阀81、82的入口与其它的2个止回阀83、84的入口被配置于相反的一侧。在止回阀81、82、83、84的相邻2个之间分别设置有连接点P3、P4、P5、P6。液体路径14连接于连接点P3，高压液体路径15连接于连接点P4，液体路径17连接于连接点P4，低压液体路径16连接于连接点P5。流向控制机构8的作用在后述的冷水运转以及温水运转的说明中进行说明。

冷却水回路30具备：发动机31、恒温器阀门32、三通阀33、散热器34以及所述的发动机排热回收器5。发动机31将压缩机1进行驱动。发动机排热回收器5同时属于制冷剂回路10和冷却水回路30。

另外，冷却水回路30具备：主路径35、返回路径36以及排热回收路径37。主路径35从发动机31开始，经由恒温器阀门32和三通阀33以及散热器34，将冷却水返回发动机31。返回路径36在恒温器阀门32从主路径35分支，在散热器34的下游侧与主路径35合流。排热回收路径37在三通阀33中从主路径35分支，经由发动机排热回收器5在散热器34的下游侧与主路径35合流。

恒温器阀门32基于主路径35或发动机31内的冷却水的温度，开放主路径35和返回路径36的任一个，关闭另一个。在冷却水的温度小于规定温度(例如60℃)的情况下，恒温器阀门32关闭主路径35且打开返回路径36。在这种情况下，冷却水仅在发动机31和恒温器阀门32中循环。也就是说，不会对散热器34和发动机排热回收器5供给低温的冷却水。在冷却水的温度为规定温度以上的情况下，恒温器阀门32打开主路径35且关闭返回路径36。三通阀(流量控制阀)33基于来自控制装置50来的指令，调节主路径35和排热回收路径37的开度，并变更流经主路径35和排热回收路径37的冷却水的流量。三通阀33也能完全关闭主路径35和排热回收路径37的一个。在三通阀33打开主路径35的情况下，冷却水经由散热器34返回发动机31。在三通阀33打开排热回收路径37的情况下，冷却水经由发动机排热回收器5返回发动机31。在这种情况下下，由于对发动机排热回收器5供给冷却水，所以发动机排热回收器5能作为经由发动机冷却水以发动机31的排热为吸热源的制冷剂的蒸发器而发挥作用。

水回路40具备所述的水热交换器40、入水路径41以及出水路径42。水热交换器40同时属于制冷剂回路10和水回路40。水回路40可以是闭合回路和开放回路的任一个。在水回路40为闭合回路情况下，入水路径41和出水路径42经由负载侧的热交换器相连接。

热泵冷却机100具备各种传感器。制冷剂回路10具备：第一压力传感器61、第一温度传感器71、第二压力传感器62以及第二温度传感器72。第一压力传感器61和第一温度传感器71分别检测合流路径12a内的制冷剂的压力和温度。第二压力传感器62和第二温度传感器72分别检测低压气体路径21内的制冷剂的压力和温度。冷却水回路30具备检测发动机31的转数的转数传感器38。水回路40具备入水温度传感器43和出水温度传感器44。入水温度传感器43检测入水路径41内的水的温度，出水温度传感器44检测出水路径41内的水的温度。

参照图2，对冷水运转进行说明。图2为冷水运转中的热泵冷却机100的结构图。

在冷水运转中，四通阀2将喷出路径11连接于气体路径13，并且将吸入路径12连接于气体路径18。由此，从压缩机1喷出的高压气体状态的制冷剂流入空气热交换器3。

流经空气热交换器3的制冷剂的温度，由于比流经空气热交换器3的空气的温度高，所以热量从制冷剂向空气移动。其结果，制冷剂失去冷凝热而被液化，成为高压液体状态的制冷剂。也就是说，空气热交换器3作为以空气为放热源的制冷剂的冷凝器而发挥作用。

高压液体状态的制冷剂从空气热交换器3经由液体路径14流入流向控制机构8的连接点P3。连接点P3为冷水运转时的流向控制机构8的制冷剂流入部，位于止回阀81、83的出口侧，且位于止回阀82的入口侧。为此，制冷剂从连接点P3经由止回阀82和连接点P4，流向高压液体路径15。在通常的冷水运转中，以冷却水不流向发动机排热回收器5的方式来控制三通阀33，并关闭第二膨胀阀7。为此，制冷剂仅通过第一膨胀阀6。在第一膨胀阀6中高压液体状态的制冷剂膨胀，变成低压气液二相制冷剂。低压气液二相制冷剂从低压液体路径16流入流向控制机构8的连接点P6。虽然连接点P6在4个止回阀81、82、83、84的入口侧，但上述高压液体状态的制冷剂流经连接点P3、P4。由于压力差，所以连接点P6的制冷剂仅能通过止回阀84，不能通过止回阀81、83。为此，低压气液二相制冷剂从连接点P6，经由止回阀84和连接点P5以及液体路径17，流向水热交换器4。

由于流经水热交换器4的制冷剂的温度，比流经水热交换器4的水的温度低，所以热量从水向制冷剂移动。其结果，制冷剂得到蒸发热而气化，变成低压气体状态的制冷剂。另外，水通过向制冷剂放热而被冷却。也就是说，水热交换器4作为以气液二相制冷剂为放热源的水回路40的冷却器而发挥作用。

低压气体状态的制冷剂从水热交换器4流向气体路径18。由于吸入路径12连接于气体路径18，所以制冷剂被吸入至压缩机1。

在执行冷水运转期间，制冷剂沿着上述的路径在制冷剂回路10内循环。

参照图3对温水运转进行说明。图3为温水运转中的热泵冷却机100的结构图。

在温水运转中，四通阀2将喷出路径11连接于气体路径18，并且将吸入路径12连接于气体路径13。为此，从压缩机1喷出的高压气体状态的制冷剂流向水热交换器4。

由于流经水热交换器4的制冷剂的温度，比流经水热交换器4的水的温度高，所以热量从制冷剂向水移动。其结果，制冷剂失去冷凝热而被液化，变成高压液体状态的制冷剂。另外，水通过从制冷剂吸热而被加热。也就是说，水热交换器4作为以喷出路径11的制冷剂为吸热源的水回路40的加热器而发挥作用。

高压液体状态的制冷剂从水热交换器4经由液体路径17流入流向控制机构8的连接点P5。连接点P5为温水运转时的流向控制机构8的制冷剂流入部分，位于止回阀83的入口侧，且位于止回阀82、84的出口侧。为此，制冷剂从连接点P5经由止回阀83和连接点P4流向高压液体路径15。制冷剂从高压液体路径15流向第一膨胀阀6，且从高压液体路径15的连接点P1经由高压液体路径19流向第二膨胀阀7。在通常的温水运转中，制冷剂通过第一膨胀阀6和第二膨胀阀7。在第一膨胀阀6中高压液体状态的制冷剂膨胀，变成低压气液二相制冷剂。低压气液二相制冷剂从低压液体路径16流入流向控制机构8的连接点P6。虽然连接点P6在4个止回阀81、82、83、84的入口侧，但上述高压液体状态的制冷剂流经连接点P4、P5。由于压力差，所以连接点P6的制冷剂仅能通过止回阀81，不能通过止回阀82、84。为此，低压气液二相制冷剂从连接点P6经由止回阀81和连接点P3以及液体路径14流向空气热交换器3。后面叙述通过第二膨胀阀7的制冷剂的流动。

由于流经空气热交换器3的制冷剂的温度，比流经空气热交换器3的空气的温度低，所以热量从空气向制冷剂移动。其结果，制冷剂得到蒸发热而气化，变成低压气体状态的制冷剂。也就是说，空气热交换器3作为以空气为吸热源的制冷剂的蒸发器而发挥作用。

低压气体状态的制冷剂从空气热交换器3流向气体路径13。由于吸入路径12连接于气体路径13，所以制冷剂被吸入至压缩机1。

另一方面，通过第二膨胀阀7的制冷剂在第二膨胀阀7中膨胀，变成低压气液二相制冷剂。低压气液二相制冷剂经由低压液体路径20流向发动机排热回收器5。

由于流经发动机排热回收器5的制冷剂的温度，比流经发动机排热回收器5的冷却水的温度低，所以热量从冷却水向制冷剂移动。其结果，制冷剂得到蒸发热而气化，变成低压气体状态的制冷剂。也就是说，发动机排热回收器5作为以冷却水为吸热源的制冷剂的蒸发器而发挥作用。

低压气体状态的制冷剂从发动机排热回收器5经由低压气体路径21流向吸入路径12。在连接点P2，来自发动机排热回收器5的制冷剂与来自空气热交换器3的制冷剂合流。合流后的制冷剂流经合流路径12a，被吸入至压缩机1。

在执行温水运转期间，制冷剂沿着上述的路径在制冷剂回路10内进行循环。

接下来，对冷水运转中所执行的控制进行说明。

控制装置50以从水热交换器4排出的水的温度收敛于设定的目标温度的方式来控制压缩机1的转数。目标温度的设定通过基于用户对输入装置60的操作来进行。从水热交换器4排出的水的温度通过出水温度传感器44进行检测。

热泵冷却机100在冷水运转时由于低负载必须停止压缩机1的情况下，为了避免停止压缩机1，将发动机31的排热作为负载而加以利用。将在这种情况下执行的冷水运转作为低负载时的冷水运转。在低负载时的冷水运转中，控制装置50与通常的温水运转相同，以制冷剂和冷却水流经发动机排热回收器5的方式来控制三通阀33和第二膨胀阀。

随着负载的大小变小，以压缩机1的转数变小的方式来控制压缩机1。上述的低负载指的是通过降低转数使压缩机1的必要转数变为容许最低转数以下的情况下的负载。在本实施方式中，在满足下面的条件(1)或(2)的情况下，判定为所述压缩机的必要转数为容许最低转数以下。

条件(1)：压缩机1的转数为规定转数以下，并且出水温度传感器44的检测值为目标温度以下。

条件(2)：压缩机1的转数为规定转数以下，并且制冷剂低压为规定压力以下。

基于转数传感器38的检测值确定压缩机1的转数。压缩机1的转数对应发动机31的转数。制冷剂低压为被吸入到压缩机1的制冷剂的压力(流经合流路径12a的制冷剂的压力)，并通过第一压力传感器61来检测。规定转数和规定压力以下面的方式设定。在压缩机1中存在容许最低转数和制冷剂低压的下限值。为此，规定转数被设定为比容许最低转数仅大固定范围的值，规定压力被设定为制冷剂低压的下限值或比其仅大固定范围的值。

在指示执行冷水运转时，在压缩机1的必要转数变为容许最低转数以下的情况下，执行低负载时的冷水运转，在压缩机1的必要转数为容许最低转数以上的情况下，执行通常的冷水运转。在通常的冷水运转中，关闭第二膨胀阀7，并通过三通阀33关闭排热回收路径37。在压缩机1的必要转数变为容许最低转数以下的情况下，控制装置50以打开第二膨胀阀7并且打开排热回收路径37的方式控制三通阀33。另一方面，当压缩机1的必要转数复原到容许最低转数以上时，控制装置50以关闭第二膨胀阀7并且打开排热回收路径37的方式控制三通阀33。在这种情况下，三通阀33也可以以全部冷却水流经发动机排热回收器5的方式关闭主路径35，也可以以一部分的冷却水流经发动机排热回收器5的方式边减小开度边打开主路径35。以下，对低负载时的冷水运转与上述的通常的冷水运转的不同点，进行说明。

参照图4，对低负载时的冷水运转进行说明。图4为低负载时的冷水运转中的热泵冷却机100的结构图。

由于打开第二膨胀阀7，所以制冷剂通过第二膨胀阀7，流向发动机排热回收器5。在连接点P2，来自发动机排热回收器5的制冷剂与来自空气热交换器3来的制冷剂合流，合流后的制冷剂被吸入至压缩机1。

在低负载时的冷水运转中，制冷剂被分配到水热交换器4侧和发动机排热回收器5中，在水热交换器4和发动机排热回收器5的两处接受热量。此处，流经发动机排热回收器5的冷却水的温度如上所述为60℃以上，也比流经水回路40的水的温度高。为此，发动机排热回收器5中的制冷剂蒸发压力也变得比水热交换器4中的制冷剂蒸发压力高，并且流向水热交换器4的制冷剂流量减少。因此，通过打开第二膨胀阀，不用使压缩机1的转数降低，就能高效地使水热交换器4中的热交换量变小。

参照图5，从制冷剂低压的变化的观点出发，对在以发动机排热回收器5为蒸发器而利用的情况下的效果进行说明。图5为表示制冷剂低压、制冷剂高压以及压缩机1的可使用压力范围的关系的图。

在图5中，横轴表示制冷剂低压的大小，纵轴表示制冷剂高压的大小。制冷剂低压为以上述的方式被吸入到压缩机1的制冷剂的压力(流经吸入路径12的制冷剂的压力)，并通过第一压力传感器61来检测。制冷剂高压为从压缩机1喷出的制冷剂的压力(流经喷出路径11的制冷剂的压力)，并通过未图示的压力传感器来检测。在将压缩机1进行驱动的基础上，存在容许的制冷剂低压的下限值，并且存在容许的制冷剂高压的上限值。

在图5中，四角形状的区域A表示压缩机1的可使用范围。以斜线表示的三角形状的区域U位于四角形状的区域A的左上侧。该区域U表示压缩机1的不可使用范围。不可能区域U表示制冷剂高压比较高，制冷剂低压比较低的区域。在图5中，状态S1表示与制冷剂低压PL1和制冷剂高压PH对应的坐标，状态S2表示与制冷剂低压PL2以及制冷剂高压PH对应的坐标。状态S1在不可能区域U内，在这种情况下，不能维持压缩机1的驱动。

上述的低负载时的冷水运转，不仅将水热交换器4而且将发动机排热回收器5作为蒸发器进行利用。制冷剂低压由流经水热交换器4的制冷剂的流量和蒸发压力、以及流经发动机排热回收器5的制冷剂的流量和蒸发压力来决定。为此，即使流经水热交换器4的制冷剂的蒸发压力小，只要流经发动机排热回收器5的制冷剂的蒸发压力大，则制冷剂全体的蒸发压力就会变大。其结果，制冷剂低压变大。当通过制冷剂低压的增大，不可能区域U内的状态S1向可能区域A内的状态S2转移时，能维持压缩机1的驱动。

接下来，参照图3，对温水运转中所执行的控制进行说明。

在通常的温水运转中，如上所述，冷却水流向发动机排热回收器5。在通常的温水运转中，控制装置50基于流经合流路径12a的制冷剂的过热度控制第一膨胀阀6的开度，并基于流经低压气体路径21的制冷剂的过热度控制第二膨胀阀7的开度。更详细而言，以制冷剂低压不比上述的规定压力小的方式控制第一膨胀阀6的开度，只要制冷剂低压比上述的规定压力大，以对压缩机1施加的负载变为最小的方式控制第一膨胀阀6以及第二膨胀阀7的开度。

制冷剂的过热度能通过检测制冷剂的压力和制冷剂的温度来确定。具体而言，基于制冷剂的饱和蒸气线来确定对应于制冷剂的压力的饱和蒸气温度，并且过热度作为制冷剂的温度与饱和蒸气温度的温度差来确定。为此，基于第一压力传感器61的检测值和基于第一温度传感器71的检测值来确定流经合流路径12a的制冷剂的过热度。同样地，基于第二压力传感器62的检测值和基于第二温度传感器72的检测值来确定流经低压气体路径21的制冷剂的过热度。

进一步，也可以以低压气体路径21的过热度与合流路径12a的过热度相比为规定过热度以上的方式进行控制。在这种情况下，由于根据通过空气热交换器3的外部空气温度来调整通过发动机排热回收器5的制冷剂的流量，所以可抑制通过发动机排热回收器5受到压力损失的制冷剂的流量。

(第二实施方式)

参照图6，对第二实施方式所涉及的热泵冷却机的流向控制机构208进行说明。图6为第二实施方式所涉及的流向控制机构208的结构图。

在图6中，第二实施方式的热泵冷却机，替代第一实施方式所涉及的液体路径14、17以及高压液体路径19，而具备液体路径214、217以及高压液体路径219。液体路径214连接空气热交换器3和第一膨胀阀6。液体路径217连接第一膨胀阀6和水热交换器4。高压液体路径219连接流向控制机构208和第二膨胀阀7。

流向控制机构208具备开放路径280、以及2个电磁阀281、282。2个电磁阀281、282配置于开放路径280上。开放路径280的一端为连接点P21，另一端为连接点P22，在2个电磁阀281、282之间配置有连接点P23。开放路径280在连接点P21连接于液体路径214的中途部分。开放路径280在连接点P22连接于液体路径217的中途部分。高压液体路径219在连接点P23连接于开放路径280。

在冷水运转中，打开电磁阀281，并且关闭电磁阀282。为此，来自空气热交换器3的制冷剂，将连接点P21作为制冷剂流入部，经由第一膨胀阀6和连接点P22以及液体路径217，流向水热交换器4。在控制第二膨胀阀7的开度的情况下，该制冷剂从液体路径214，经由连接点P21和电磁阀281以及连接点P23和高压液体路径219，流向第二膨胀阀7。在温水运转中，关闭电磁阀281，并且打开电磁阀282。为此，来自水热交换器4的制冷剂，将连接点P22作为制冷剂流入部，从液体路径217经由第一膨胀阀6和液体路径214，流向空气热交换器3。另外，该制冷剂从液体路径217，经由连接点P22和电磁阀282以及连接点P23和高压液体路径219，流向第二膨胀阀7。

(第三实施方式)

参照图7，对第三实施方式所涉及的热泵冷却机的流向控制机构308进行说明。图7为第三实施方式所涉及的流向控制机构308的结构图。

在图7中，第三实施方式所涉及的热泵冷却机与第二实施方式相同，具备液体路径214、217以及高压液体路径219。

第三实施方式所涉及的流向控制机构308，替代第二实施方式所涉及的2个电磁阀281、282，而具备2个止回阀381、382。其它的结构，与第三实施方式和第二实施方式之间相同。连接点P23位于2个止回阀381、382的出口侧。

在冷水运转中，来自空气热交换器3的制冷剂，将连接点P21作为制冷剂流入部，经由液体路径214和第一膨胀阀6以及液体路径217，流向水热交换器4。在控制第二膨胀阀7的开度的情况下，该制冷剂经由液体路径214和连接点P21和止回阀381以及连接点P23和高压液体路径219，流向第二膨胀阀7。此外，由于连接点P23的压力比连接点P22的压力高，所以制冷剂不能从连接点P23经由止回阀382流向连接点P21。在温水运转中，来自水热交换器4的制冷剂，将连接点P22作为制冷剂流入部，经由液体路径217和第一膨胀阀6以及液体路径214，流向空气热交换器3。另外，该制冷剂经由液体路径217和连接点P22以及止回阀382和连接点P23以及高压液体路径219，流向第二膨胀阀7。此外，由于连接点P23的压力比连接点P21的压力高，所以制冷剂不能从连接点P21经由止回阀381流向连接点P23。

(第四实施方式)

参照图8，对第四实施方式所涉及的热泵冷却机的流向控制机构408进行说明。图8为第四实施方式所涉及的流向控制机构408的结构图。

在图8中，第四实施方式所涉及的热泵冷却机，替代第一～三实施方式中的一个第一膨胀阀6而具备2个第一膨胀阀106、206，并与第二实施方式相同，具备液体路径214、217以及高压液体路径219。但是，液体路径214连接空气热交换器3和一侧的第一膨胀阀106，液体路径217连接另一侧的第一膨胀阀206和水热交换器4。

流向控制机构408具备2个开放路径410、420和连接路径430以及2个止回阀481、482。开放路径410在连接点P41处从液体路径214分支，并经由止回阀481连接于第一膨胀阀106。开放路径420在连接点P42处从液体路径217分支，并经由止回阀482连接于第一膨胀阀206。连接路径430连接2个第一膨胀阀106、206。开放路径410在连接点P43处从连接路径430分支，开放路径420在连接点P44处从连接路径430分支。高压液体路径219在连接点P45处连接于连接路径430。止回阀481在开放路径410上位于连接点P41、P43之间，连接点P43位于止回阀481的出口侧。止回阀482在开放路径420上位于连接点P42、P44之间，连接点P44位于止回阀482的出口侧。

在冷水运转中，控制第二膨胀阀206的开度。来自空气热交换器3的制冷剂从液体路径214，将连接点P41作为制冷剂流入部，并经由第一膨胀阀106或止回阀481、连接点P43、连接路径430、连接点P44、第二膨胀阀206、连接点P42以及液体路径217，流向水热交换器4。另外，该制冷剂从连接路径430经由连接点P45和高压液体路径219流向第二膨胀阀7。在温水运转中，控制第一膨胀阀106的开度。在温水运转中，来自水热交换器4的制冷剂从液体路径217，将连接点P42作为制冷剂流入部，经由第二膨胀阀或止回阀482、连接点P44、连接路径430、连接点P43、第一膨胀阀106以及液体路径214，流向空气热交换器3。另外，该制冷剂从连接路径430经由连接点P45以及高压液体路径219流向第二膨胀阀7。

(本实施方式的效果)

本实施方式所涉及的热泵冷却机100，基于上述的结构具有以下的效果。

(1)第一～四实施方式所涉及的热泵冷却机具备：空气热交换器3、水热交换器4、运转切换结构(四通阀2)、发动机排热回收器5、第一膨胀阀6、第二膨胀阀7、流向控制结构8、流量调整阀(三通阀33)以及控制装置50。控制装置50在冷水运转时存在由转数的降低导致压缩机1失速的隐患的情况下，以制冷剂和排热介质(冷却水)流经发动机排热回收器5的方式，打开第二膨胀阀7和流量调整阀(三通阀33)。

当冷水运转时制冷剂和排热介质(冷却水)流经发动机排热回收器5时，由于在发动机排热回收器5中进行热交换，所以相对地在水热交换器4中的热交换量就会变小。为此，第一～四实施方式所涉及的热泵冷却机不用使压缩机的驱动停止，而在冷水运转时能将水热交换器中的热交换量降低到基于压缩机的容许最低转数所决定的能力以下。

(2)在第一～四实施方式所涉及的热泵冷却机中，控制装置50在转数为规定转数以下并且出水温度传感器43的检测值为目标温度以下的情况下，或者在转数为规定转数以下并且制冷剂低压为规定压力以下的情况下，判定压缩机1的必要转数为容许最低转数以下。

为此，第一～四实施方式所涉及的热泵冷却机利用在水的温度控制中所必需的结构，能判定压缩机1的必要转数是否变为容许最低转数以下。

(3)在第一～四实施方式所涉及的热泵冷却机中，控制装置50，在温水运转的执行中并且排热介质(冷却水)流经发动机排热回收器5时，基于流经合流路径12a的制冷剂的过热度控制第一膨胀阀6、106、206的开度，并基于流经低压气体路径21的制冷剂的过热度控制第二膨胀阀7的开度。

制冷剂低压和制冷剂高压根据水回路40侧的负载的大小进行变化。另外，当调整流经水热交换器4和发动机排热回收器5的各个的制冷剂的流量时，制冷剂低压和制冷剂高压就会变化。为此，第一～四实施方式所涉及的热泵冷却机，能一边将制冷剂低压和制冷剂高压限于所容许的范围内，一边扩张能对应的负载的范围。

附图标记说明

1 压缩机

2 四通阀(运转切换机构)

3 空气热交换器

4 水热交换器

5 发动机排热回收器

6、106、206 第一膨胀阀

7 第二膨胀阀

8 流向控制机构

31 发动机

33 三通阀(流量调整阀)

50 控制装置

100 热泵冷却机。

Claims (2)

1.一种发动机驱动热泵冷却机，其是通过发动机将压缩制冷剂的压缩机进行驱动，并通过所述制冷剂的冷凝热或蒸发热来调节作为热介质的水的温度的发动机驱动热泵冷却机，

具备：

空气热交换器，其作为以空气为放热源将制冷剂进行液化的冷凝器或以空气为吸热源将制冷剂进行气化的蒸发器而发挥作用；

水热交换器，其作为以气液二相制冷剂为放热源将所述水进行冷却的冷却器或以所述压缩机的喷出制冷剂为吸热源将水进行加热的加热器而发挥作用；

运转切换机构，其将使所述水热交换器作为冷却器而发挥作用的冷水运转和使所述水热交换器作为加热器而发挥作用的温水运转进行切换；

发动机排热回收器，其作为经由排热介质以所述发动机的排热为吸热源的制冷剂的蒸发器而发挥作用；

第一膨胀阀，其在所述温水运转时调整朝向所述空气热交换器的液体状态的所述制冷剂的流量，并在所述冷水运转时调节朝向所述水热交换器的液体状态的所述制冷剂的流量；

第二膨胀阀，其调节朝向所述发动机排热回收器的液体状态的所述制冷剂的流量；

流向控制机构，其在该制冷剂流入部的下游并列配置有第一膨胀阀和第二膨胀阀；

流量调整阀，其调节流经所述发动机排热回收器的所述排热介质的流量；以及

控制装置，其以从所述水热交换器排出的水的温度收敛于已设定的目标温度的方式，来控制所述压缩机的转数，

所述控制装置由以下方式构成：

在所述冷水运转时，在所述转数为规定转数以下且排出的所述水的温度为所述目标温度以下的情况下，判定所述压缩机的必要转数为容许最低转数以下，并以所述制冷剂和所述排热介质流经所述发动机排热回收器的方式，来控制所述第二膨胀阀和所述流量调整阀的开度。

2.根据权利要求1中所述的发动机驱动热泵冷却机，其中，

所述控制装置在所述温水运转的执行中且在所述排热介质流经所述发动机排热回收器时，基于通过所述空气热交换器的所述制冷剂与通过所述发动机排热回收器的所述制冷剂合流后的所述制冷剂的过热度，控制所述第一膨胀阀的开度，并且基于通过所述发动机排热回收器后的且合流前的所述制冷剂的过热度，控制所述第二膨胀阀的开度。