CN106461282A - 热泵式冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的热泵式冷却装置(100)具有制冷剂回路(110)和循环液回路(200)，在循环液回路(200)中设有循环泵(300)。在冷却装置(100)的起动时，当开启循环泵(300)的供电回路之后，控制装置(140)在规定时间内没有接收到表示循环液回路(200)正常运转的规定信号(例如流量开关(411)的开启信号)的情况下，关闭循环泵(300)的供电回路，并且中止制冷剂回路(110)的压缩机(10)的起动。

Description

热泵式冷却装置
技术领域
本发明涉及热泵式冷却装置，其通过与在制冷循环内循环的制冷剂发生的热交换而进行被冷却液的冷却。
背景技术
作为以往的热泵式冷却装置，在专利文献1中，为了防止使用冷冻机的冷却装置冻结而公开了图5所示的构成。专利文献1的冷却装置由压缩机501、冷凝器502、膨胀阀503以及蒸发器504来执行制冷循环，通过与在该循环内循环的制冷剂发生的热交换来进行被冷却液的冷却。此外，通过循环泵520使被冷却液在蒸发器(热交换器)504与冷水箱510之间的闭合回路内循环。
在专利文献1的冷却装置中，在膨胀阀503的一次侧设有液体电磁阀505，在起动时由第一温度传感器506来监视液体电磁阀505的一次侧的温度。并且，在第一温度传感器506的检测温度为第一设定值以下的情况下，以将液体电磁阀505关闭的状态打开旁通阀507，并将从压缩机501所排出的制冷剂旁通至膨胀阀503的二次侧。通过像这样地使制冷剂旁通，制冷剂不在制冷循环内循环，从而能够防止来自蒸发器(热交换器)504中的冷水箱510的循环水(被冷却液)发生冻结。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公报“专利第5098472号公报”
但是，在上述专利文献1的构成中，是以不进行循环泵520的驱动确认的方式驱动压缩机501的构成。因此，在循环泵520发生问题而不产生循环水的循环的情况等中，担心循环水会在蒸发器(热交换器)504内冻结。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种热泵式冷却装置，其在循环泵发生问题的情况下、或在有可能发生问题的情况下等都能够谋求防止被冷冻液的冻结。
为了实现上述目的，本发明的热泵式冷却装置具有：制冷剂回路，其通过使制冷剂按压缩机、制冷剂-空气热交换器、膨胀阀以及制冷剂-循环液热交换器的顺序循环来执行制冷循环；和循环液回路，其使通过由所述制冷剂-循环液热交换器进行的热交换而被冷却的循环液循环，在所述循环液回路中设有循环泵，该热泵式冷却装置的特征在于，在该热泵式冷却装置的起动时，当开启所述循环泵的供电回路之后，该热泵式冷却装置的控制部在规定时间内接收到表示所述循环液回路正常运转的规定信号的情况下使所述压缩机起动，所述控制部在所述规定时间内没有接收到所述规定信号的情况下关闭所述循环泵的供电回路，并且中止所述压缩机的起动。
根据上述构成，针对规定信号只要无法通过接收而确认到能够持续驱动循环泵，就不起动制冷剂回路的压缩机，因此能够防止基于循环液在制冷剂-循环液热交换器内停滞所导致的循环液的冻结等。
另外，在上述热泵式冷却装置中能够构成为，所述规定信号为：
(1)表示循环泵正常驱动的信号；
(2)表示循环液的温度监视能够正常进行的信号；以及
(3)表示循环泵没有成为过负荷状态的信号，
在所述规定时间内没有接收到所述规定信号的任意一个的情况下关闭所述循环泵的供电回路，并且中止所述压缩机的起动。
根据上述构成，通过确认(1)的信号能够防止基于循环液的停滞所导致的冻结。另外，通过确认(2)的信号，能够防止不进行循环液的温度监视而发生循环液的过冷却而发生冻结的情况。另外，通过确认(3)的信号能够防止基于因循环泵的过负荷产生的循环液的循环不良所导致的冻结。
另外，在上述热泵式冷却装置中能够构成为，设有：流量开关，其检测到所述循环液回路内的循环液的流动之后而开启；和热敏继电器，其在所述循环泵成为规定温度以上的情况下关闭，在所述循环液回路内的循环液的蒸发器入口部、蒸发器出口部以及蒸发器表面部上分别设有温度传感器，所述控制部在检测到所述流量开关或者所述热敏继电器的任意一个为关闭的情况下关闭所述循环泵的供电回路，并且使所述压缩机停止，在检测到基于三个上述温度传感器所得到的检测温度的任意一个为规定温度以下的情况下，维持所述循环泵的供电回路的开启，同时使所述压缩机停止。
根据上述构成，在无法检测到循环液的流动的情况下，或者检测到与循环泵的过负荷相当的状态的情况下，停止压缩机以及循环泵，在检测到相当于循环液的临近冻结的状态的情况下使压缩机停止，同时维持循环泵的驱动，因此能够更加切实地防止在制冷剂-循环液热交换器内的循环液的冻结。
发明的效果
在本发明的热泵式冷却装置中，针对规定信号只要无法通过接收而确认到能够持续驱动循环泵，就不起动制冷剂回路的压缩机。因此，在循环泵发生问题的情况下、或在有可能发生问题的情况下等都起到能够谋求防止循环液的冻结的效果。
附图说明
图1是表示本实施方式的热泵式冷却装置的概略构成的框图。
图2是本实施方式的热泵式冷却装置中的联锁机构的回路图。
图3是表示本实施方式的热泵式冷却装置的起动步骤的时间图。
图4是本实施方式的热泵式冷却装置的运转中的动作表。
图5是表示以往的热泵式冷却装置的概略构成的框图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是表示本实施方式的热泵式冷却装置(以下仅称为冷却装置)100的概略构成的框图。冷却装置100大体具有：供制冷剂流通的制冷剂回路110；和供循环液流通的循环液回路200。另外，控制装置(控制部)140控制冷却装置100整体的动作。
制冷剂回路110构成为具有压缩机10、制冷剂-空气热交换器20、膨胀阀40以及制冷剂-循环液热交换器50。冷却装置100通过使制冷剂按压缩机10、制冷剂-空气热交换器20、膨胀阀40、制冷剂-循环液热交换器50的顺序循环而执行制冷循环。并且，冷却装置100通过由制冷剂-循环液热交换器50进行的热交换(在循环液与制冷剂之间进行的热交换)来进行循环液的冷却(冷却运转)。
在冷却回路110中，压缩机10将所吸入的制冷剂压缩并排出。制冷剂-空气热交换器20使制冷剂与空气(具体为外部空气)之间进行热交换。膨胀阀40使由压缩机10所压缩的制冷剂膨胀。制冷剂-循环液热交换器50使循环液与制冷剂之间进行热交换。压缩机10可以是将多台压缩机并联地连接而构成的，同样地，制冷剂-空气热交换器20也可以是将多台制冷剂-空气热交换器并联地连接而构成的。
膨胀阀40能够根据来自控制装置140的指示信号来调整开度。由此，膨胀阀40能够调整制冷剂回路110内的制冷剂的循环量。详细来说，膨胀阀40是将能够进行封闭的多个膨胀阀并联地连接而构成的。这样，膨胀阀40能够使开放的膨胀阀组合来调整制冷剂回路110内的制冷剂的循环量。
在图1所示的冷却装置100中，为了高效进行基于制冷剂-空气热交换器20的热交换，而设有制冷剂-空气热交换用风扇30。作为驱动压缩机10的驱动源设有发动机60。但是，在本发明中，驱动压缩机10的驱动源并不限定于发动机，也可以使用其他的驱动源(例如电动机)。
本实施方式的冷却装置100构成为，在冷却运转的基础上还能够执行加热运转。因此，冷却装置100在压缩机10的制冷剂排出侧具有四通阀111，并且具有桥接回路112。
四通阀111根据来自控制装置140的指示信号而在冷却运转时和加热运转时切换制冷剂的流动方向。即，在冷却运转时，将流入口(图1中的下侧)与一方的连接口(图1中的左侧)连接，并且将另一方的连接口(图1中的右侧)与流出口(图1中的上侧)连接(图1所示的实线路径)。另外，在加热运转时，将流入口(图1中的下侧)与另一方的连接口(图1中的右侧)连接，并且将一方的连接口(图1中的左侧)与流出口(图1中的上侧)连接(图1所示的虚线路径)。
桥接回路112是在冷却运转时和加热运转时自动地切换制冷剂的流动方向的回路。桥接回路112具有四个止回阀(第一止回阀112a、第二止回阀112b、第三止回阀112c以及第四止回阀112d)。第一止回阀112a以及第二止回阀112b以制冷剂的流动方向变得相同的方式串联地连接并构成第一止回阀列。第三止回阀112c以及第四止回阀112d以制冷剂的流动方向变得相同的方式串联地连接并构成第二止回阀列。并且，第一止回阀列以及第二止回阀列以制冷剂的流动方向变得相同的方式并联地连接。
在桥接回路112中，第一止回阀112a与第二止回阀112b之间的连接点被设为第一中间连接点P1，第一止回阀112a与第三止回阀112c之间的连接点被设为流出连接点P2，第三止回阀112c与第四止回阀112d之间的连接点被设为第二中间连接点P3，第二止回阀112b与第四止回阀112d之间的连接点被设为流入连接点P4。
在冷却装置100的制冷运转时，制冷剂的流动路径成为压缩机10、四通阀111、制冷剂-空气热交换器20、桥接回路112(从P1至P2)、膨胀阀40、桥接回路112(从P4至P3)、制冷剂-循环液热交换器50、四通阀111、压缩机10，从而执行制冷循环。另外，在冷却装置100的加热运转时，制冷剂的流动路径成为压缩机10、四通阀111、制冷剂-循环液热交换器50、桥接回路112(从P3至P2)、膨胀阀40、桥接回路112(从P4至P1)、制冷剂-空气热交换器20、四通阀111、压缩机10，从而执行加热循环。
在本实施方式中，冷却装置100还具有分油器81、储液器82以及储蓄器83。分油器81将制冷剂中所含有的压缩机10的润滑油分离，并且使所分离的润滑油返回至压缩机10。储液器82将由作为蒸发器而发挥作用的制冷剂-循环液热交换器50或者作为蒸发器而发挥作用的制冷剂-空气热交换器20所没有蒸发彻底的制冷剂液分离。储蓄器83将来自桥接回路112的高压液制冷剂临时存储。
本实施方式的冷却装置100具有四通阀111和桥接回路112，由此构成为能够切换冷却运转和加热运转，而且本发明在冷却运转时的动作中具有特征。因此，本发明也能够适用于仅能够实施冷却运转的冷却装置。
接着说明循环液回路200。循环液回路200内流动的循环液在冷却运转时成为通过制冷剂-循环液热交换器50中的热交换而冷却的被冷却液。另外，在加热运转时成为通过制冷剂-循环液热交换器50中的热交换而加热的被加热液。上述循环液例如被用为由建筑物的空调系统所利用的冷水或温水。对于上述循环液使用例如水，但本发明并不限定于此，也可以是在水中混入防冻剂等的溶液。
循环液回路200构成为具有流入管211、流出管212和循环泵300。循环液经由流入管211导入到制冷剂-循环液热交换器50，并在制冷剂-循环液热交换器50中调节温度。被调节温度的循环液经由流出管212从冷却装置100排出。此外，冷却装置100中所包括的循环液回路200，基本上仅形成了供循环液流动的闭合回路的一部分。即，在将本实施方式的冷却装置100利用于建筑物的空调系统的情况下，使空调系统侧的循环液回路与冷却装置100侧的循环液回路200连接而形成闭合回路，循环液在该闭合回路内流动。循环泵300是用于在上述闭合回路内使循环液循环的泵。在图1所示的构成中，循环泵300设在流出管212上，但也可以设在流入管211上。
本实施方式的冷却装置100为了谋求防止冷却运转时的循环液的冻结而具有流入循环液温度传感器TWR、流出循环液温度传感器TWL、热交换器表面温度传感器TWS以及压力传感器PL。
流入循环液温度传感器TWR设在流入管211上，并检测向制冷剂-循环液热交换器50流入的循环液(具体为流入管211内的循环液)的温度。流出循环液温度传感器TWL设在流出管212上，并检测从制冷剂-循环液热交换器50流出的循环液(具体为流出管212内的循环液)的温度。热交换器表面温度传感器TWS设在制冷剂-循环液热交换器50的表面，并检测该表面温度。压力传感器PL设在压缩机10的制冷剂吸入路径上，并检测从制冷剂-循环液热交换器50流出的制冷剂的压力。此外，从由压力传感器PL所检测的压力而求得从制冷剂-循环液热交换器50流出的制冷剂的制冷剂蒸发温度。
控制装置140为了谋求防止冷却运转时的循环液的冻结，基于来自各种传感器的检测信号而进行以下的控制。具体来说，当检测到如下情况时，使压缩机10停止，并且使循环泵300动作，该情况为：基于流入循环液温度传感器TWR、流出循环液温度传感器TWL以及热交换器表面温度传感器TWS的任意一个所得到的检测温度、或者从压力传感器PL的检测压力换算的制冷剂蒸发温度为规定温度(例如2℃)以下。
即，在检测到上述四个温度的任意一个为规定温度(例如2℃)以下的情况下，判断为若保持状态不变地继续执行冷却运转，则具有循环液冻结的担忧，从而执行用于防止循环液冻结的控制。具体来说，通过停止压缩机10来使制冷剂回路110的制冷循环停止，并且，通过使循环泵300动作而使循环液回路200内的循环液难以冻结。
此外，流入循环液温度传感器TWR、流出循环液温度传感器TWL、热交换器表面温度传感器TWS以及压力传感器PL这四个传感器用于防止在寒冷时等基于制冷剂的过冷却所导致的冻结，与本发明的防止冻结功能(基于后述的联锁机构的冻结防止)没有直接关系。另外，也并不必一定具备这四个传感器中的全部。
在本实施方式的冷却装置100的冷却运转时需要必须驱动循环泵300。在循环泵发生问题而该泵停止的情况下，若以该状态继续驱动压缩机10，则具有停滞于制冷剂-循环液热交换器50内的循环液发生过冷却而发生冻结的担忧。
本发明在防止上述冻结这一点上具有特征，其具有用于防止冻结的联锁机构。参照图2在以下说明该联锁机构的构成。此外，这里的联锁(interlock)是指，若某规定条件不完善则无法进行其他动作的机构。在本实施方式中构成为，在冷却装置100的起动时，若没有确认到循环液回路200的正常运转，则无法进行压缩机10的起动。由此防止基于循环泵300的问题等所导致的循环液的冻结。
如图2所示，联锁机构构成为具有控制器/电源部400、控制箱410以及泵单元420。
控制器/电源部400具有控制器基板401和两种电源(AC230V电源以及AC200V电源)。在这里，将AC230V电源用作循环泵300的驱动电源，将AC200V电源用作传感器等的电源。
控制箱410具有流量开关411、第一连接继电器412、第二连接继电器413以及第三连接继电器414。流量开关411是在驱动循环泵300并产生循环液的流动的情况下，检测到该流动之后而开启的开关。即，在流量开关411关闭的情况下判断为循环泵300没有驱动。第一连接继电器412是在监视循环液温度的传感器(例如，上述的流入循环液温度传感器TWR)成为开启的情况下被设为导通状态的继电器。此外，第一连接继电器412是根据上述传感器(例如流入循环液温度传感器TWR)是否动作而被开启/关闭的继电器，而不是根据上述传感器的检测温度而被开启/关闭的继电器。另外，在监视循环液温度的传感器具有多个的情况下，也设置与各个传感器相对应的多个第一连接继电器412。第二连接继电器413以及第三连接继电器414与马达301(循环泵300的驱动源)串联地连接，在第二连接继电器413以及第三连接继电器414都导通的情况下进行向马达301的供电。
泵单元420具有作为循环泵300的驱动源的马达301、和热敏继电器421。热敏继电器421监视马达301的温度，在该温度成为规定温度以上的情况下关闭。即，在热敏继电器421关闭的情况下判断为循环泵300处于过负荷状态。
控制器基板401与将流量开关411和第一连接继电器412串联连接而成的闭合回路连接，在检测到该回路导通(在该回路内有电流流动)的情况下，使第二连接继电器413以及第三连接继电器414导通。即，控制器基板401检测到上述闭合回路导通的情况是，流量开关411以及第一连接继电器412同时导通的情况。此外，控制基板401为控制装置140的一部分。在未检测到上述闭合回路的导通时，控制装置140关闭第二连接继电器413以及第三连接继电器414并停止向马达301的供电。另外，图2中所记载的CP是过电流保护继电器。
热敏继电器421与AC200V电源串联地连接而构成闭合回路，在热敏继电器421成为关闭(非导通)的情况下电流不在该闭合回路内流动。该电流由控制装置140监视，即使在检测不到该电流的情况下(热敏继电器421成为关闭的情况下)，控制装置140也将第二连接继电器413以及第三连接继电器414关闭并使向马达301的供电停止。
若总结上述内容，则在以下三个条件(a)～(c)全部被满足的情况下继续进行向马达301的供电(循环泵300的驱动)，当条件(a)～(c)的任意一个没有被满足时，都停止向马达301的供电。
(a)流量开关411为开启(循环泵300正常地驱动)。
(b)第一连继电器412为开启(循环液的温度监视能够正常进行)。
(c)热敏继电器421为开启(循环泵300没有成为过负荷状态)。
即，在本实施方式中，流量开关411的开启信号、第一连接继电器412的开启信号以及热敏继电器421的开启信号相当于权利要求书内所记载的表示循环液回路正常运转的规定信号。
另外，在图2中虽然没有图示，但是在本发明的联锁机构中，在条件(a)～(c)的任意一个没有被满足的情况下，都停止向马达301的供电，并且也停止压缩机10的起动。在本实施方式中，压缩机10的驱动源是发动机60，为了停止压缩机10的起动，能够考虑到进行将调整向发动机的燃料供给的燃气阀关闭的控制，或者若在发动机60的起动之前则进行使向起动机的供电停止的控制。或者在压缩机10的驱动源是马达的情况下，也可以进行使向该马达的供电停止的控制。
接着，参照图3的时间图来说明本实施方式的冷却装置100的起动步骤。此外，在以下的说明中，作为监视循环液温度的传感器(以下仅称为温度传感器)而仅例举了循环液温度传感器TWR。
为了起动冷却装置100，而需要起动使制冷剂流通的制冷剂回路110和使循环液流通的循环液回路200。因此，为了使制冷剂回路110起动而将冷却装置运转信号设为开启，为了使循环液回路200起动而将泵运转信号设为开启(时间T1)。另外，在时间T1时，如果是正常状态的话，则温度传感器的检测信号为开启，热敏继电器421也是开启状态。此外，图3中的温度传感器的检测信号是根据检测温度而被开启/关闭的信号，具体来说，在检测温度为2℃以下的情况下为关闭，在超过2℃的情况下为开启。
在时间T1将泵运转信号设为开启，由此循环泵300的驱动开始，在循环液回路200内开始循环液的流通。并且，流量开关411检测该循环液的流通，流量开关411在时间T2成为开启。
另一方面，即使在时间T1将冷却装置运转信号设为开启，但在该时间点上流量开关411没有成为开启，由此制冷剂回路110不会立即起动。当流量开关411在时间T2成为开启时，开始制冷剂回路110的起动步骤。
在该起动步骤中，最先起动室外风扇来进行预吹扫(prepurge)。上述室外风扇是冷却装置换气用的风扇，也可以是兼用为制冷剂-空气热交换器用风扇30的风扇。该预吹扫完成后，开始室外风扇的风扇控制和冷却水泵(用于使发动机60的冷却水循环的泵)的驱动控制。之后，驱动发动机60的起动机而在时间T3起动发动机60。即，通过在时间T3的发动机60的起动而使压缩机10的驱动(制冷剂回路110的起动)开始。
在进行冷却装置100的冷却运转的期间，在上述三个条件(a)～(c)的任意一个没有被满足的情况下，停止冷却装置100的运转。即，将冷却装置运转信号以及泵运转信号设为关闭，在循环液回路200内使循环泵300停止，在制冷剂回路110内进行发动机的停止步骤并使压缩机10停止。另外，在如上述那样的冷却装置100的运转停止后，条件(a)～(c)被再次满足时，通过与起动时相同的步骤再次开启冷却装置100的运转。
此外，关于温度传感器，在其检测温度成为规定温度(例如2℃)以下的情况下，仅使压缩机10停止，不使循环泵300停止。在温度传感器的检测温度成为规定温度(例如2℃)以下的情况下，表示了循环液温度接近于冻结温度这一情况，由此维持循环液的流通并防止其冻结。在此，在上述温度传感器具有多个的情况下，其检测温度成为规定温度以下的情况意味着温度传感器中的至少一个检测温度成为规定温度以下的情况。并且，其检测温度超过规定温度的情况意味着全部温度传感器的检测温度都超过规定温度的情况。
若总结以上说明的冷却装置100运转中的动作，则为图4所示。
首先，在冷却装置100的运转中流量开关411成为关闭的情况下，循环泵300不正常动作，若继续使冷却装置100动作则会引起循环液的冻结。因此，关闭泵供电回路，并且使压缩机10停止。另外，在冷却装置100的运转中热敏继电器421成为关闭的情况下，判断成循环泵300为过负荷状态，由此在该情况下也关闭泵供电回路，并且使压缩机10停止。
另一方面，即使在流量开关411以及热敏继电器421同时为开启的情况下，在基于温度传感器所得到的检测温度成为2℃以下的情况下，仅使压缩机10停止，继续驱动循环泵300。即，只在流量开关411以及热敏继电器421同时为开启，且基于温度传感器所得到的检测温度超过2℃的情况下，正常驱动冷却装置100。
本发明能够在不脱离其精神或主要特征的范围内，通过其他的各种形式来实施。因此，上述实施例的所有点都只是示例，而不是限定性解释。本发明的范围是由权利要求书所示的范围，并不被限制于说明书正文。并且，权利要求书的均等范围内所属的变形或变更，也全部都处于本发明的范围内。
本申请基于2014年6月24日在日本提交的日本专利申请2014-129488而要求优先权。通过对此进行说明，而将其全部内容编入至本申请中。
附图标记说明
10 压缩机
20 制冷剂-空气热交换器
30 制冷剂-空气热交换器用风扇
40 膨胀阀
50 制冷剂-循环液热交换器
60 发动机
100 热泵式冷却装置
110 制冷剂回路
140 控制装置(控制部)
200 循环液回路
300 循环泵
301 马达
400 控制器/电源部
410 控制箱
411 流量开关
412 第一连接继电器
413 第二连接继电器
414 第三连接继电器
420 泵单元
421 热敏继电器
TWR 流入循环液温度传感器
TWL 流出循环液温度传感器
TWS 热交换器表面温度传感器

Claims (3)

1.一种热泵式冷却装置，具有：制冷剂回路，其通过使制冷剂按压缩机、制冷剂-空气热交换器、膨胀阀以及制冷剂-循环液热交换器的顺序循环来执行制冷循环；和循环液回路，其使通过由所述制冷剂-循环液热交换器进行的热交换而被冷却的循环液循环，在所述循环液回路中设有循环泵，该热泵式冷却装置的特征在于，
在该热泵式冷却装置的起动时，当开启所述循环泵的供电回路之后，该热泵式冷却装置的控制部在规定时间内接收到表示所述循环液回路正常运转的规定信号的情况下使所述压缩机起动，
所述控制部在所述规定时间内没有接收到所述规定信号的情况下关闭所述循环泵的供电回路，并且中止所述压缩机的起动。
2.根据权利要求1所述的热泵式冷却装置，其特征在于，所述规定信号为：
(1)表示循环泵正常驱动的信号；
(2)表示循环液的温度监视能够正常进行的信号；以及
(3)表示循环泵没有成为过负荷状态的信号，
在所述规定时间内没有接收到所述规定信号的任意一个的情况下关闭所述循环泵的供电回路，并且中止所述压缩机的起动。
3.根据权利要求1或2所述的热泵式冷却装置，其特征在于，设有：流量开关，其检测到所述循环液回路内的循环液的流动之后而开启；和热敏继电器，其在所述循环泵成为规定温度以上的情况下关闭，
在所述循环液回路内的循环液的蒸发器入口部、蒸发器出口部以及蒸发器表面部上分别设有温度传感器，
所述控制部在检测到所述流量开关或者所述热敏继电器的任意一个为关闭的情况下关闭所述循环泵的供电回路，并且使所述压缩机停止，
在检测到基于三个所述温度传感器所得到的检测温度的任意一个为规定温度以下的情况下，维持所述循环泵的供电回路的开启，同时使所述压缩机停止。
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