专利名称：内燃机驱动热泵式空调装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及借助于由内燃机驱动的压缩机使制冷剂在外机热交换器、室内热交换器和膨胀阀中循环，进行空气调节的内燃机驱动热泵式空调装置。
背景技术：
本发明涉及借助于由内燃机驱动的压缩机使制冷剂在外机热交换器、室内热交换器和膨胀阀中循环，进行空气调节的内燃机驱动热泵式空调装置。
这种内燃机驱动热泵式空调装置设为，为了提高部分负载时的能量效率，1台内燃机通过离合器连接有多个固定容量型的压缩机，根据室内机的负荷的大小，来增减与内燃机连接、受其驱动的压缩机的数。在这种空调装置中，为了根据室内机的负荷而连续地控制从室外机向室内机提供的制冷剂的量，通常由控制阀进行旁通控制，使从压缩机排出的剩余的制冷剂返回压缩机的吸入一侧，不过，该方法中压缩机消耗的动力与制冷剂的旁通量无关，因此，如果旁通量增大，能量效率就会下降，这是存在的问题。
对此，有如专利文献1所示的技术由燃气发动机(内燃机)通过离合器来驱动固定容量型压缩机和可变容量型压缩机，室内机的负荷在小的范围内时，仅使用可变容量型压缩机，通过控制其排出量和发动机转速来控制从室外机向室内机提供的制冷剂的量；室内机的负荷在大的范围内时，使用可变容量型压缩机和固定容量型压缩机两者，通过控制可变容量型压缩机的排出量和发动机转速来控制从室外机向室内机提供的制冷剂的量。
其次，参照图9说明该专利文献1所涉及的技术之一例的动作。另外，该例中，可变容量型压缩机1的最小压缩容积是最大压缩容积的50％，固定容量型压缩机2的压缩容积与压缩机1的最大压缩容积相同，还有，发动机在1000r/min和2000r/min的范围动作，在1000r/min这种相对低转速、高转矩时燃料消耗率最低。如图9的请求负荷的线性图的实线所示，对室外机请求的请求负荷相对于室内机所必要的制冷剂的必要循环量成比例而增大，该值为100％表示可变容量型压缩机1的压缩容积为最大(＝固定容量型压缩机2的压缩容积)、以2000r/min被驱动时的压缩容积。
在该技术中，制冷剂的必要循环量在室内机所必要的最大量的0～1/8的范围时，仅压缩容积为50％(最低值)的压缩机1由转速为1000r/min的发动机来驱动。在该范围，如图9的请求负荷的线性图的虚线所示，从压缩机1排出的制冷剂的量为25％的恒定值，比对室外机请求的请求负荷多。因此，在该范围，通过上述旁通控制使被压缩机排出的剩余的制冷剂返回吸入一侧，使得与请求负荷一致，能量效率就会下降。
必要循环量在1/8～2/8的范围时，仅压缩机1由转速为1000r/min的发动机来驱动，不过，使压缩机1的压缩容积从50％向100％增大。这样，如图9的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机1排出的制冷剂的量增大，变得与请求负荷一致。必要循环量在2/8～3/8的范围时，仅压缩容积维持在100％的压缩机1由发动机来驱动，使该发动机转速从1000r/min增至2000r/min。这样，如图9的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机1排出的制冷剂的量增大，变得与请求负荷一致。
必要循环量在3/8～4/8的范围时，压缩机1以及固定容量的压缩机2由转速返回1000r/min的发动机来驱动，控制压缩机1，使压缩容积一次返回50％之后向100％增大。这样，如图9的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机1排出的制冷剂的量增大，变得与请求负荷一致。
必要循环量在4/8～8/8的范围时，维持压缩容积为100％的压缩机1和压缩机2两者由发动机来驱动，控制该发动机，使转速从1000r/min向2000r/min增大。这样，如图9的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机1排出的制冷剂的量增大，变得与请求负荷一致。
如上所述，按照专利文献1的技术，除了制冷剂的必要循环量使用频度少的最大值的0～1/8的范围以外，能够不用旁通控制就控制从室外机向室内机提供的制冷剂的量，因而从实质上消除了旁通控制引起的能量效率降低的问题。
特开2003-148815号公报(段落 ，段落 ，图1～图3)。
发明内容
对于内燃机，在较低转速、高转矩时燃料消耗率为最低，因而对于内燃机驱动热泵式空调装置，为提高能量效率，优选的是在该低转速高转矩状态下运转内燃机。然而，如上所述，专利文献1的技术中，制冷剂的必要循环量在2/8～3/8的部分负载运转范围时，发动机的转速从1000r/min向2000r/min增大，因而能量效率下降，进而内燃机驱动热泵式空调装置的能量效率整体下降，这是存在的问题。还有，专利文献1的技术中，并用了固定容量型压缩机和可变容量型压缩机，因而低负荷运转时(上述例中必要循环量在3/8以下的范围)工作的仅限于可变容量型压缩机，因此可变容量型压缩机先达到耐久的界限，空调装置的寿命作为整体就会变短，这是存在的问题。本发明的目的在于解决这种问题。
为此，本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置，包括多个压缩机；内燃机，在规定的转速范围内动作，分别通过离合器而驱动各压缩机；外机热交换器和室内热交换器，设在连接压缩机的排出端口和吸入端口的制冷剂循环路中；切换阀，设在制冷剂循环路中，切换来自排出端口的制冷剂对外机热交换器和室内热交换器的提供顺序；以及膨胀阀，设在外机热交换器和室内热交换器之间，其特征在于，各压缩机为可使压缩容积在规定的范围内变化的可变容量型压缩机；具有控制装置，该控制装置对内燃机、离合器和压缩机的动作进行控制，使得对各压缩机的请求负荷在小的范围内时，使内燃机在能量效率好的低转速高转矩状态下动作，并且，通过由离合器选择与内燃机连接的压缩机并使各压缩机的压缩容积变化，来对应请求负荷的变动；对各压缩机的请求负荷在大的范围内时，使各压缩机的压缩容积为最大值或其附近，使内燃机的转速变化，来对应请求负荷的变动。
前项记载的内燃机驱动热泵式空调装置，优选的是，在连通压缩机的排出端口一侧与吸入端口一侧的旁通管路中设有控制阀，控制装置在内燃机的转速为规定的转速范围内的最低值且各压缩机的压缩容积为规定的范围的最低值的状态下，通过控制控制阀的开启程度来对应请求负荷的变动。
前2项记载的内燃机驱动热泵式空调装置中，压缩机为具有与容积随动作而逐渐减少的压缩室连通的旁通端口的涡轮式压缩机，在连通旁通端口与压缩机的吸入端口一侧的管路中设有电子膨胀阀，控制装置通过控制电子膨胀阀的开启程度，使压缩机的压缩容积变化。
还有，权利请求1记载的内燃机驱动热泵式空调装置中，压缩机为可使活塞行程变化的往复活塞式压缩机，控制装置通过控制活塞行程，使压缩机的压缩容积变化。
本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置，包括多个压缩机；内燃机，在规定的转速范围内动作，分别通过离合器而驱动各压缩机；外机热交换器和室内热交换器，设在连接压缩机的排出端口和吸入端口的制冷剂循环路中；切换阀，设在制冷剂循环路中，切换来自排出端口的制冷剂对外机热交换器和室内热交换器的提供顺序；以及膨胀阀，设在外机热交换器和室内热交换器之间，其特征在于，各压缩机中的至少1个为压缩容积的变化范围大到最小压缩容积与最大压缩容积相比实质上可以忽略的程度的可变容量型压缩机；具有控制装置，该控制装置对内燃机、离合器和压缩机的动作进行控制，使得对各压缩机的请求负荷在小的范围内时，使内燃机在能量效率好的低转速高转矩状态下动作，并且，由离合器使可变容量型压缩机与内燃机连接，使其压缩容积变化，来对应请求负荷的变动；对各压缩机的请求负荷在大的范围内时，使可变容量型压缩机的压缩容积为最大值或其附近，使内燃机的转速变化，来对应请求负荷的变动。
前项记载的内燃机驱动热泵式空调装置中，可变容量型压缩机为可使活塞行程变化的往复活塞式压缩机，控制装置通过控制活塞行程，使可变容量型压缩机的压缩容积变化。
按照本发明的内燃机驱动热泵式空调装置，由内燃机分别通过离合器来驱动多个压缩机，各压缩机为能使压缩容积在规定的范围内变化的可变容量型压缩机，由控制装置对内燃机、离合器和压缩机的动作进行控制，使得对各压缩机的请求负荷在小的范围内时，使内燃机在能量效率好的低转速高转矩状态下动作，并且，由离合器选择与内燃机连接的压缩机并使各压缩机的压缩容积变化，来对应请求负荷的变动；对各压缩机的请求负荷在大的范围内时，使各压缩机的压缩容积为最大值或其附近，使内燃机的转速变化，来对应请求负荷的变动，因而在包括室内机所必要的制冷剂的必要循环量的变化范围中的部分负载的大的范围内，内燃机就会在能量效率好的低转速高转矩状态下动作。这样就能够提高内燃机驱动热泵式空调装置的特别是部分负载运转时的能量效率。还有，多个压缩机都是可变容量型压缩机，因而能够任意选择低负荷运转时工作的压缩机，这样，就能够使各压缩机的运转时间和启动·停止回数合理化，延长内燃机驱动热泵式空调装置的寿命。
按照权利请求1记载的内燃机驱动热泵式空调装置，在连通压缩机的排出端口一侧与吸入端口一侧的旁通管路中设有控制阀，控制装置在内燃机的转速为规定的转速范围内的最低值且各压缩机的压缩容积为规定的范围的最低值的状态下，通过控制控制阀的开启程度来对应请求负荷的变动，即使在内燃机的转速为最低值且各压缩机的压缩容积为最低值的状态下，也能够使对压缩机的请求负荷进一步降低。这样就能够使室内机所必要的制冷剂的必要循环量的调整范围向减少一侧扩大。
按照权利请求1或2记载的内燃机驱动热泵式空调装置，压缩机为具有与容积随动作而逐渐减少的压缩室连通的旁通端口的涡轮式压缩机，在连通旁通端口与压缩机的吸入端口一侧的管路中设有电子膨胀阀，控制装置通过控制电子膨胀阀的开启程度，使压缩机的压缩容积变化，作为压缩机，使用了简单的涡轮式压缩机，因而能够降低内燃机驱动热泵式空调装置的制造成本。
还有，按照权利请求1记载的内燃机驱动热泵式空调装置，压缩机为可使活塞行程变化的往复活塞式压缩机，控制装置通过控制活塞行程，使压缩机的压缩容积变化，作为压缩机，使用了可减小最小压缩容积的往复活塞式压缩机，因而即使不使用设有控制阀的旁通管路，也能够使对压缩机的请求负荷降低，因而能够使室内机所必要的制冷剂的必要循环量的调整范围向减少一侧扩大。
还有，本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置，由内燃机分别通过离合器而驱动多个压缩机，各压缩机中的至少1个为压缩容积的变化范围大到最小压缩容积与最大压缩容积相比实质上可以忽略的程度的可变容量型压缩机，控制装置对内燃机、离合器和压缩机的动作进行控制，使得对各压缩机的请求负荷在小的范围内时，使内燃机在能量效率好的低转速高转矩状态下动作，并且，由离合器使可变容量型压缩机与内燃机连接，使其压缩容积变化，来对应请求负荷的变动；对各压缩机的请求负荷在大的范围内时，使可变容量型压缩机的压缩容积为最大值或其附近，使内燃机的转速变化，来对应请求负荷的变动，因而在包括室内机所必要的制冷剂的必要循环量的变化范围中的部分负载的大的范围内，内燃机就会在能量效率好的低转速高转矩状态下动作。这样就能够整体提高内燃机驱动热泵式空调装置的特别是部分负载运转时的能量效率。
按照权利请求5记载的内燃机驱动热泵式空调装置，可变容量型压缩机为可使活塞行程变化的往复活塞式压缩机，控制装置通过控制活塞行程，使可变容量型压缩机的压缩容积变化，对于往复活塞式压缩机，就能够容易地把容积的变化范围扩大到最小压缩容积与最大压缩容积相比，实质上可忽略的程度，因而就能够容易地实现权利请求5中记载的内燃机驱动热泵式空调装置。
图1是表示本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置的第1实施方式的整体构成的说明图。
图2是第1实施方式和第2实施方式的动作的说明图。
图3是表示本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置的第2实施方式的整体构成的说明图。
图4是第2实施方式的动作的说明图。
图5是表示本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置的第3实施方式的整体构成的说明图。
图6是第3实施方式的动作的说明图。
图7是表示本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置的第4实施方式的整体构成的说明图。
图8是第4实施方式的动作的说明图。
图9是现有技术所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置之一例的动作的说明图。
具体实施例方式
首先参照图1和图2来说明本发明所涉及的内燃机驱动热泵式空调装置的第1实施方式。如图1所示，该第1实施方式的内燃机驱动热泵式空调装置由1台室外机10、设置在各室中并能够独立运转·停止的多个室内机20、以及控制室外机10的动作的控制装置40构成。
该第1实施方式的室外机10具有能使压缩容积在规定的范围内变化的2台相同的可变容量型的压缩机11、12；在规定的转速范围内动作，分别通过离合器19a、19b驱动各压缩机11、12的水冷式的燃气发动机(内燃机)19；以及，设在与压缩机11、12的排出端口11a、11b和吸入端口11b、12b连接的制冷剂循环路30a中的外机热交换器14和四向阀(切换阀)13，在延伸到各室内的制冷剂循环路30的管路30b、30c的前端部，并列设有多个室内机20。2台压缩机11、12构成为各自的排出端口11a和12a彼此以及吸入端口11b和12b彼此互相连接，四向阀13切换来自排出端口11a和12a的制冷剂对外机热交换器14和室内热交换器21的提供顺序，从而切换供暖和制冷。
在把压缩机11、12的排出端口11a、12a连接到四向阀13的入口端口的制冷剂循环路30的管路30a的途中设有分油器15，在把压缩机11、12的吸入端口11b、12b连接到四向阀13的出口端口的制冷剂循环路30的管路30d中设有蓄热器16和双管热交换器33。四向阀13的剩余的2个切换端口通过制冷剂循环路30的管路30b、30c连接到各室内机20，外机热交换器14设在其一方管路30b的途中。该实施方式的外机热交换器14为互相并联连接的2个，分别具有风扇14a。另外，双管热交换器33用于在燃气发动机19的冷却水和制冷剂之间进行热交换。
作为管路30a的分油器15和四向阀13之间的部分，通过设有控制阀18的旁通管路30f与蓄热器16连通。还有，分油器15的底部通过毛细管31和过滤干燥器32与压缩机11、12的吸入端口11b、12b连通，从分离了的油除去异物和水分，返回到压缩机11、12。
该实施方式的2台压缩机11、12是由分别具有内旋曲线形状的涡轮盖板的固定涡轮和旋转涡轮组成的涡轮式压缩机，具有与在两涡轮之间形成、随动作而容积逐渐减少的压缩室连通的旁通端口11c、12c。该实施方式中，两旁通端口11c、12c互相连接，通过设有减压阀(电子膨胀阀)17的管路30e与蓄热器16连通。该减压阀17由控制装置40多步地控制开启程度，通过控制该开启程度，各压缩机11、12的压缩容积在作为最大值的100％与50％之间变化，以便对应对压缩机11、12的请求负荷的变化。这种使用了减压阀17的减少压缩容积的请求负荷的控制，与控制阀18的旁通控制相比，能量效率的降低很少。
配置在各室内的多个室内机20并列设在制冷剂循环路30的管路30b、30c的前端部，分别由室内热交换器21、在该室内热交换器21的外机热交换器14一侧串联设置的电子膨胀阀(膨胀阀)22、以及与该电子膨胀阀22并列地串联连接的毛细管23和回止阀24构成。各室内热交换器21中设有西洛克风扇21a。
其次，说明该第1实施方式的内燃机驱动热泵式空调装置的整体动作的概要。首先说明制冷运转时的动作。如果压缩机11(和12)通过离合器19a(和19b)由燃气发动机19旋转驱动的话，由压缩机11(和12)压缩了的高温高压的气相制冷剂，如虚线箭头所示，就从四向阀13通过管路30b进入外机热交换器14，由从风扇14a送来的外部空气来冷却液化。该液化了的高压的制冷剂从管路30b通过电子膨胀阀22而减压，进入室内热交换器21而气化，由室内热交换器21吸收气化潜热，对其进行冷却。从西洛克风扇21a送到室内的空气在通过室内热交换器21时被冷却，从而对室内进行制冷。气化了的制冷剂从管路30c通过设有四向阀13、双管热交换器33的管路30d而进入蓄热器16，在蓄热器16中气液被分离，被压缩机11(和12)吸入，再次被压缩，反复进行上述制冷循环，对室内进行制冷。
其次，供暖运转时，由压缩机11(和12)压缩了的高温高压的气相制冷剂，如实线箭头所示，从四向阀13通过管路30c进入室内热交换器21。从西洛克风扇21a送到室内的空气通过室内热交换器21时由高温高压的气相制冷剂加热，从而对室内进行供暖，并且，气相制冷剂被冷却、液化。该液化了的高压的制冷剂通过电子膨胀阀22而减压，从管路30b进入外机热交换器14，由从风扇14a送来的外部空气吸收气化潜热而气化。与电子膨胀阀22并列设置的毛细管23和回止阀24用于使供暖时的电子膨胀阀22所导致的膨胀的程度比制冷时的减少。气化了的制冷剂从管路30b通过设有四向阀13、双管热交换器33的管路30d，进入蓄热器16，在蓄热器16中气液被分离，被压缩机11(和12)吸入，再次被压缩，反复进行上述供暖循环，对室内进行供暖。
在这种制冷和供暖时，控制内燃机驱动热泵式空调装置的动作的控制装置40分别根据各室内机20的设定温度、各室内热交换器21的容量和吸入温度、供暖·制冷温度等来计算各室内机20所必要的制冷剂的循环量，把该累计值作为制冷剂的必要循环量，控制室外机10，使对2台压缩机11、12的请求负荷与该必要循环量一致。即，控制装置40用于控制燃气发动机19、离合器19a、19b、压缩机11、12、减压阀17和控制阀18等的动作，使得当计算出的制冷剂的累计值在小的范围内时，就使燃气发动机19在能量效率好的低转速(例如1000r/min)高转矩状态下动作，并且，选择通过离合器19a、19b连接于燃气发动机19的压缩机11、12，使各压缩机11、12的压缩容积变化，从而对应请求负荷的变动；对压缩机11、12的请求负荷在大的范围内时，就把各压缩机11、12的压缩容积取为最大值，使燃气发动机19的转速变化，从而对应请求负荷的变动。
其次，参照图2具体地说明该第1实施方式的内燃机驱动热泵式空调装置的动作。如图2的请求负荷的线性图的实线所示，对室外机10的压缩机11、12请求的请求负荷相对于各室内机20所必要的制冷剂的循环量的累计值(上述)即制冷剂的必要循环量成比例而增大。另外，该值为100％表示可变容量型压缩机11、12的压缩容积为最大、以2000r/min被驱动时的压缩容积。
制冷剂的必要循环量在室内机10所必要的最大量的0～1/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仅卡合离合器19a，仅驱动压缩机11，使减压阀17全开，压缩机11的压缩容积成为50％(最低值)的恒定值，控制燃气发动机19的节流阀开启程度，使其转速成为能量效率好的低转速1000r/min的恒定值。在该范围，如图2的请求负荷的线性图的虚线所示，从压缩机11排出的制冷剂的量为25％的恒定值，比对室外机20请求的请求负荷多。在该范围，控制装置40对通过蓄热器16把压缩机11的排出端口11a一侧与吸入端口11b一侧连通的旁通管路30f中设置的控制阀18的开启程度进行控制，从而进行使从压缩机11排出的剩余的制冷剂返回吸入一侧的旁通控制，使请求负荷与必要循环量一致。因此，在该范围能量效率下降。另外，在该范围，用于使请求负荷与必要循环量一致的控制是在燃气发动机19的运转性能允许的范围内，通过使转速降低到1000r/min以下来进行的，以代替旁通控制；在转速的降低超过了容许范围的范围内，则进行旁通控制，这样也可以。
必要循环量在1/8～2/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仍然仅卡合离合器19a，仅驱动压缩机11，把减压阀17的开启程度一次回到全开之后向关闭的方向控制，使压缩机11的压缩容积从50％向100％增大，控制燃气发动机19的节流阀开启程度，使其转速为1000r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图2的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机11排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
必要循环量在2/8～4/8的范围时，控制装置40进行控制，使得卡合离合器19a及离合器19b，驱动两压缩机11、12，把减压阀17的开启程度一次返回全开之后向关闭的方向控制，使两压缩机11、12的压缩容积从50％向100％增大，控制燃气发动机19的节流阀开启程度，使其转速为1000r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图2的请求负荷的线性图的实线所示，从两压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
还有，必要循环量在4/8～8/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仍然卡合离合器19a及离合器19b，驱动两压缩机11、12，使减压阀17保持全闭，两压缩机11、12的压缩容积维持在100％，控制燃气发动机19的节流阀开启程度，使其转速从1000r/min向2000r/min增大。在该范围，通过这样控制，如图2的请求负荷的线性图的实线所示，从两压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
如上所述，按照第1实施方式的内燃机驱动热泵式空调装置，除了制冷剂的必要循环量在最大值的0～1/8这种使用频度少的范围，不必进行使请求负荷与必要循环量一致的旁通控制，就能够控制从室外机10向室内机20提供的制冷剂的量；室外机10所必要的制冷剂的必要循环量在0～4/8这种部分负载运转的大的范围时，燃气发动机19在能量效率好的低转速高转矩状态下动作。这样就能够提高内燃机驱动热泵式空调装置的特别是部分负载运转时的能量效率。还有，2台压缩机11、12都是可变容量型压缩机，因而能任意选择在制冷剂的必要循环量为0～4/8这种低负荷运转时工作的压缩机，这样就能够使各压缩机11、12的运转时间和启动·停止回数合理化，延长内燃机驱动热泵式空调装置的寿命。
其次，参照图2～图4进行本发明的第2实施方式的说明。如图3所示，该第2实施方式的内燃机驱动热泵式空调装置，与第1实施方式相同，由1台室外机10、设置在各室中并能够独立运转·停止的多个室内机20、以及控制室外机10的动作的控制装置40构成。该第2实施方式的各压缩机11、12，与第1实施方式相同，是具有旁通端口11c、12c的涡轮式压缩机，不过，各自的旁通端口11c和12c不连接，而是通过设有减压阀(电子膨胀阀)17 a的管路30e1和设有减压阀17b的管路30e2分别与蓄热器16连通。各减压阀17a和17b的开启程度由控制装置40分别控制，因而各压缩机11和12的各压缩容积互相独立，从作为最大值的100％到50％之间变化，以便对应对压缩机11、12的请求负荷的变化。该第2实施方式的构成除上述不同点以外，与第1实施方式相同，此外详细的说明省略。
该第2实施方式按图2和图4所示的2种方式动作。首先进行图2所示的动作方式的说明。在这种情况下，必要循环量在0～2/8范围时，控制装置40进行控制，使得仅卡合离合器19a，仅驱动压缩机11，对减压阀17a进行与第1实施方式的减压阀17相同的控制，使压缩机11进行与第1实施方式相同的动作，还有，内燃机19也进行与第1实施方式相同的动作。还有，必要循环量在2/8～8/8的范围时，控制装置40进行控制，使得卡合两离合器19a、19b，驱动两压缩机11、12，对两减压阀17a、17b进行与第1实施方式的减压阀17相同的控制，使压缩机11、12进行与第1实施方式相同的动作，还有，内燃机19也进行与第1实施方式相同的动作。
这样，在图2所示的动作方式中，压缩机11、12和燃气发动机19进行实质上与第1实施方式的情况下相同的动作，因而与第1实施方式相同，能够提高内燃机驱动热泵式空调装置的特别是部分负载运转时的能量效率，还能够使各压缩机11、12的运转时间和启动·停止回数合理化，延长内燃机驱动热泵式空调装置的寿命。另外，该第2实施方式中使用了2个开启程度多步控制的减压阀17a、17b，因而使这2个的定时错开而动作，从压缩机11、12排出的制冷剂的量比第1实施方式小些就能够与请求负荷之一致。
其次，进行该第2实施方式的图4所示的动作方式的说明。必要循环量在0～2/8的范围的动作与图2所示的动作方式的情况下相同。必要循环量在2/8～3/8的范围时，控制装置40进行控制，使得卡合离合器19a及合离合器19b，驱动两压缩机11、12，减压阀17把开启程度一次返回全开之后向关闭的方向控制，使压缩机11的压缩容积从50％向100％增大，减压阀17b保持全开，压缩机12的压缩容积维持在50％的恒定值，燃气发动机19的转速为1000r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图4的请求负荷的线性图的实线所示，从两压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
必要循环量在3/8～4/8的范围时，控制装置40进行控制，使得卡合离合器19a及合离合器19b，驱动两压缩机11、12，减压阀17a控制开启程度，使其维持全闭，从而使压缩机11中压缩容积维持在100％，减压阀17b从全开向关闭的方向控制，使压缩机12中压缩容积从50％向100％增大，燃气发动机19的转速为1000r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图4的请求负荷的线性图的实线所示，从两压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
还有，必要循环量在4/8～8/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仍然卡合两离合器19a、19b，驱动两压缩机11、12，使两减压阀17a、17b全闭，两压缩机11、12中压缩容量维持在100％，燃气发动机19转速从1000r/min向2000r/min增大。该状态的动作与图2的情况相同。
这样，第2实施方式在图4所示的动作方式中，与第1实施方式的情况相同，除了制冷剂的必要循环量在最大值的0～1/8这种使用频度少的范围，不必进行使请求负荷与必要循环量一致的旁通控制，就能够控制从室外机10向室内机20提供的制冷剂的量；室外机10所必要的制冷剂的必要循环量在0～4/8这种部分负载运转的大的范围时，燃气发动机19在能量效率好的低转速高转矩状态下动作。这样就能够提高内燃机驱动热泵式空调装置的特别是部分负载运转时的能量效率。还有，2台压缩机11、12都是可变容量型压缩机，因而能任意选择在制冷剂的必要循环量为0～4/8这种低负荷运转时工作的压缩机，这样，就能够使各压缩机11、12的运转时间和启动·停止回数合理化，延长内燃机驱动热泵式空调装置的寿命。
上述第1和第2实施方式中，压缩机11、12为涡轮式压缩机11、12，其旁通端口11c、12c通过设有减压阀17的管路30e与吸入端口11b、12b一侧连通，由控制装置40控制减压阀，使压缩机11、12的压缩容积变化，作为压缩机11、12，使用了简单的涡轮式压缩机，因而能够降低内燃机驱动热泵式空调装置的制造成本。不过，本发明不限于此，也可以使用使凸轮环对转子的偏心量变化来改变压缩容积的叶片泵，或使活塞行程变化来改变压缩容积的往复活塞式压缩机。如果采用后者，就容易减少最大压缩时的气缸内容积，扩大压缩容积的变化范围，因而即使不进行使剩余的制冷剂返回吸入一侧的旁通控制，也能够使室内机20所必要的制冷剂的必要循环量的调整范围向减少一侧扩大。
还有，上述第1和第2实施方式中，对于使用的涡轮式压缩机11、12，以压缩容积的变化范围为50～100％的例子进行了说明，不过，本发明不限于此，根据不同条件，可以使用压缩容积的变化范围为30～100％等压缩容积的变化范围不同的。因此，使用的涡轮式压缩机的压缩容积的变化范围是任意的。
其次，参照图5和图6进行本发明的第3实施方式的说明。如图5所示，该第3实施方式的内燃机驱动热泵式空调装置，与上述各实施方式相同，也是由1台室外机10、设置在各室中并能够独立运转·停止的多个室内机20、以及控制室外机10的动作的控制装置40构成。室外机10的2台压缩机11A、12A为可变容量型压缩机，不过，不是涡轮式压缩机，而是使活塞行程变化来改变压缩容积的往复活塞式压缩机，这一点不同。该第3实施方式使用了这种往复活塞式压缩机11A、12A，因而不需要管路30e(30e1、30e2)和设在其中的减压阀17(17a、17b)，以及旁通管路30f和设在其中的控制阀18。往复活塞式压缩机11A、12A是由例如进行倾角可变旋转的斜板来驱动与旋转轴线平行配置的多个往复活塞的旋转斜板式轴向活塞式压缩机，使最大压缩时的气缸内容积减少，就能够容易地把容积的变化范围扩大到最小压缩容积与最大压缩容积相比，实质上可忽略的程度。该第3实施方式的构成除上述不同点以外与第1实施方式相同，因而省略此外详细的说明。
其次，参照图6说明该第3实施方式的动作。另外，该实施3方式中，压缩机11A、12A的压缩容积的变化范围为0％～100％，燃气发动机的燃料消耗率最低、能量效率好的低转速为1500r/min，对室外机10的压缩机11A、12A请求的请求负荷，100％表示可变容量型压缩机11A、12A的压缩容积为最大、以2000r/min被驱动时的压缩容积。
必要循环量在0～3/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仅卡合离合器19a，仅驱动压缩机11，压缩机11A中压缩容积从0％向100％增大，控制燃气发动机19的节流阀开启程度，其转速为1500r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图6的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
必要循环量在3/8～6/8的范围时，控制装置40进行控制，使得卡合离合器19a及离合器19b，驱动两压缩机11A、12A，压缩机11A中压缩容积维持在100％，压缩机12A中压缩容积从0％向100％增大，燃气发动机19的转速为1500r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图6的请求负荷的线性图的实线所示，从两压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
还有，必要循环量在6/8～8/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仍然卡合离合器19a及离合器19b，驱动两压缩机11A、12A，两压缩机11、12A中压缩容积维持在100％，燃气发动机19的转速从1500r/min向2000r/min增大。在该范围，通过这样控制，如图6的请求负荷的线性图的实线所示，从两压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
按照第3实施方式，在必要循环量的变化范围的整个区域中，不必进行使请求负荷与必要循环量一致的旁通控制，就能够控制从室外机10向室内机20提供的制冷剂的量，室外机10所必要的制冷剂的必要循环量在0～6/8这种部分负载运转的大的范围时，燃气发动机19在能量效率好的低转速高转矩状态下动作。这样就能够提高内燃机驱动热泵式空调装置的特别是部分负载运转时的能量效率。还有，不需要管路30e(30e1、30e2)和设在其中的减压阀17(17a、17b)，以及旁通管路30f和设在其中的控制阀18，因而能够简化制冷剂循环路30的构成和控制。再有，2台压缩机11、12都是可变容量型压缩机，因而能任意选择在制冷剂的必要循环量为0～6/8这种低负荷运转时工作的压缩机，这样，就能够使各压缩机11、12的运转时间和启动·停止回数合理化，延长内燃机驱动热泵式空调装置的寿命。还有，想停止一个或两个压缩机11A、12A时，把该压缩机11A、12A的压缩容积取为0％即可，并非一定要断开与燃气发动机19之间的动力传递，因而也可以省去离合器19a、19b。
上述的各实施方式中，对于2台压缩机11、12为相同的可变容量型压缩机的情况进行了说明，不过，只要2台压缩机11、12都是可变容量型压缩机就足够了，容量不必一定相同。还有，压缩机为3台以上，分别通过离合器，由燃气发动机等内燃机来驱动，也是可以的。
其次，参照图7和图8进行本发明的第4实施方式的说明。如图7所示，该第4实施方式的内燃机驱动热泵式空调装置，与上述各实施方式相同，也是由1台室外机10、设置在各室中并能够独立运转·停止的多个室内机20、以及控制室外机10的动作的控制装置40构成。室外机10的2台压缩机的一个是往复活塞式的可变容量型压缩机11A，而另一个是固定容量型压缩机12B，仅这一点与第3实施方式不同。固定容量型压缩机12B的构造是任意的。该第4实施方式的构成，除上述不同点以外，与第3实施方式相同，因而省略此外详细的说明。
其次，参照图8说明该第4实施方式的动作。另外，该第4实施方式中，压缩机11A的压缩容积的变化范围为0％～100％，燃气发动机19的燃料消耗率最低、能量效率好的低转速为1000r/min，对室外机10的压缩机11A、12A请求的请求负荷，100％表示可变容量型压缩机11A、12A的压缩容积为最大、以2000r/min被驱动时的压缩容积。
必要循环量在0～2/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仅卡合离合器19a，仅驱动可变容量型压缩机11A，压缩机11A的压缩容积从0％向100％增大，控制燃气发动机19的节流阀开启程度，其转速为1000r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图8的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
必要循环量在2/8～4/8的范围时，控制装置40进行控制，使得卡合离合器19a及离合器19b，驱动可变容量型和固定容量型的两压缩机11A、12B，可变容量型压缩机11A使压缩容积一次返回0％之后向100％增大，燃气发动机19的转速为1000r/min的恒定值。在该范围，通过这样控制，如图8的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
还有，必要循环量在4/8～8/8的范围时，控制装置40进行控制，使得仍然卡合两离合器19a、19b，驱动两压缩机11A、12A，可变容量型压缩机12A中压缩容积维持在100％，燃气发动机19的转速从1000r/min向2000r/min增大。在该范围，通过这样控制，如图8的请求负荷的线性图的实线所示，从压缩机11、12排出的制冷剂的量就会增大，变得与请求负荷一致。
按照第4实施方式，除了燃气发动机19在能量效率好的低转速高转矩状态下动作的制冷剂的必要循环量的变化范围为0～4/8这一点以外，与第3实施方式在相同，在必要循环量的变化范围的整个区域中，不必进行旁通控制，就能够控制从室外机10向室内机20提供的制冷剂的量，这样就能够提高内燃机驱动热泵式空调装置的特别是部分负载运转时的能量效率，还有，不需要管路30e(30e1、30e2)和旁通管路30f以及设在它们之中的减压阀17(17a、17b)和控制阀18，因而能够简化制冷剂循环路30的构成和控制。
另外，在该第4实施方式中，固定容量型压缩机12B的压缩容积与可变容量型压缩机11A的最大压缩容积相同，对此进行了说明，不过，不必一定相同，也可以把前者的容量设为比后者的容量小的值来实施。还有，可变容量型压缩机11A和固定容量型压缩机12B分别为2台以上，分别通过离合器由燃气发动机等内燃机驱动来实施，也是可以的。
上述第3和第4实施方式中，可变容量型压缩机11A、12A为旋转斜板式轴向活塞式压缩机，不过，本发明不限于此，只要能够把容积的变化范围扩大到最小压缩容积与最大压缩容积相比，实质上可忽略的程度，也可以使用其它形式的可变容量型压缩机。
权利要求
1.一种内燃机驱动热泵式空调装置，包括多个压缩机；内燃机，在规定的转速范围内动作，分别通过离合器而驱动所述各压缩机；外机热交换器和室内热交换器，设在连接所述压缩机的排出端口和吸入端口的制冷剂循环路中；切换阀，设在所述制冷剂循环路中，切换来自所述排出端口的制冷剂对所述外机热交换器和室内热交换器的提供顺序；以及膨胀阀，设在所述外机热交换器和室内热交换器之间，其特征在于，所述各压缩机为可使压缩容积在规定的范围内变化的可变容量型压缩机；具有控制装置，该控制装置对所述内燃机、离合器和压缩机的动作进行控制，使得对所述各压缩机的请求负荷在小的范围内时，使所述内燃机在能量效率好的低转速高转矩状态下动作，并且，通过由所述离合器选择与所述内燃机连接的压缩机并使各压缩机的压缩容积变化，来对应请求负荷的变动；对所述各压缩机的请求负荷在大的范围内时，使所述各压缩机的压缩容积为最大值或其附近，使所述内燃机的转速变化，来对应请求负荷的变动。
2.根据权利要求1所述的内燃机驱动热泵式空调装置，其特征在于，在连通所述压缩机的排出端口一侧与吸入端口一侧的旁通管路中设有控制阀，所述控制装置在所述内燃机的转速为所述规定的转速范围内的最低值且所述各压缩机的压缩容积为所述规定的范围的最低值的状态下，通过控制所述控制阀的开启程度来对应请求负荷的变动。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机驱动热泵式空调装置，其特征在于，所述压缩机为具有与容积随动作而逐渐减少的压缩室连通的旁通端口的涡轮式压缩机，在连通所述旁通端口与所述压缩机的吸入端口一侧的管路中设有电子膨胀阀，所述控制装置通过控制所述电子膨胀阀的开启程度，使所述压缩机的压缩容积变化。
4.根据权利要求1所述的内燃机驱动热泵式空调装置，其特征在于，所述压缩机为可使活塞行程变化的往复活塞式压缩机，所述控制装置通过控制所述活塞行程，使所述压缩机的压缩容积变化。
5.一种内燃机驱动热泵式空调装置，包括多个压缩机；内燃机，在规定的转速范围内动作，分别通过离合器而驱动所述各压缩机；外机热交换器和室内热交换器，设在连接所述压缩机的排出端口和吸入端口的制冷剂循环路中；切换阀，设在所述制冷剂循环路中，切换来自所述排出端口的制冷剂对所述外机热交换器和室内热交换器的提供顺序；以及膨胀阀，设在所述外机热交换器和室内热交换器之间，其特征在于，所述各压缩机中的至少1个为压缩容积的变化范围大到最小压缩容积与最大压缩容积相比实质上可以忽略的程度的可变容量型压缩机；具有控制装置，该控制装置对所述内燃机、离合器和压缩机的动作进行控制，使得对所述各压缩机的请求负荷在小的范围内时，使所述内燃机在能量效率好的低转速高转矩状态下动作，并且，由所述离合器使可变容量型压缩机与内燃机连接，使其压缩容积变化，来对应请求负荷的变动；对所述各压缩机的请求负荷在大的范围内时，使所述可变容量型压缩机的压缩容积为最大值或其附近，使所述内燃机的转速变化，来对应请求负荷的变动。
6.根据权利要求5所述的内燃机驱动热泵式空调装置，其特征在于，所述可变容量型压缩机为可使活塞行程变化的往复活塞式压缩机，所述控制装置通过控制所述活塞行程，使所述可变容量型压缩机的压缩容积变化。
全文摘要
一种内燃机驱动热泵式空调装置。课题提高内燃机驱动热泵式空调装置的能量效率，延缓其寿命。解决方案由内燃机(19)通过离合器(19a、19b)来驱动的多个压缩机(11、12)为压缩容积变化的可变容量型压缩机，控制装置(40)对内燃机、离合器和压缩机的动作进行控制，使得对各压缩机的请求负荷在小的范围内时，使内燃机在能量效率好的低转速高转矩状态下动作，并且，通过选择与内燃机连接的压缩机并使各压缩机的压缩容积变化，来对应请求负荷的变动；对各压缩机的请求负荷在大的范围内时，使各压缩机的压缩容积为最大，使内燃机的转速变化，来对应请求负荷的变动。
文档编号F24F5/00GK1677015SQ20051006250
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年3月30日
发明者渡边义实 申请人:爱信精机株式会社