JP2000304373A

JP2000304373A - エンジンヒートポンプ

Info

Publication number: JP2000304373A
Application number: JP11112191A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Minami; 健一南
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のヒートポンプにおいては、冷媒が液冷
媒を含んでいない場合でもアキュムレータを通過する回
路構成であるため、アキュムレータを通過する際の圧力
損失により、ヒートポンプの運転効率が低下していた。【解決手段】四方弁３からアキュムレータ９に至る冷
媒戻りライン１４とアキュムレータ９からコンプレッサ
２へ至る冷媒吸入ライン１５間にバイパスライン１６を
設け、定常運転時のみバイパスさせるように制御した。
また、蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度Ｔが設定値を
下回った場合には、バイパスライン１６を閉じるように
制御し、室内機運転情報を検出し、運転台数が変更した
場合には、バイパスライン１６を閉じるように制御し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンヒートポ
ンプの制御方法に関するもので、特に、冷媒運転時にお
けるアキュムレータのバイパス回路の構成及び制御方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンヒートポンプ回路に
おいては、四方弁と圧縮機（コンプレッサ）の間にはア
キュムレータが介装されており、冷媒運転時には、蒸発
器（室内熱交換器）において気化した冷媒が配管を通過
して、四方弁を経由した後、アキュムレータにおいて気
液分離され、気相冷媒のみが圧縮機に戻るように構成し
ている。このように構成することで、湿り度の大きい蒸
気が圧縮機に吸入され、液ハンマを起こし、圧縮機を破
損するといった問題を解消しているのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、常時冷媒がアキュムレータを通過する回路
構成であるため、冷房サイクルが定常運転状態にあって
冷媒が完全な気相状態にある場合であっても、アキュム
レータを通過させることとなる。ところが、冷媒がアキ
ュムレータを通過する際には、圧力損失が生じる。この
ため、配管等による圧力損失に加えアキュムレータ通過
による圧力損失が圧縮機の吸入圧力を低下させることと
なり、圧縮機の昇圧のための必要動力を増大させてい
た。つまり、気液分離操作を行う必要がないにもかかわ
らず、アキュムレータを通過させることで、ヒートポン
プの運転効率を低下させる原因となっていたのである。
ここで、運転効率とは空調能力を圧縮機仕事で除した値
を言う。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上が本発明の解決する
課題であり、次に課題を解決するための手段を説明す
る。即ち、圧縮機吸入口手前にアキュムレータを設けた
エンジンヒートポンプにおいて、四方弁からアキュムレ
ータに至る冷媒戻りラインとアキュムレータから圧縮機
へ至る冷媒吸入ラインとの間にバイパスラインを設け、
且つ定常運転時のみ冷媒戻りラインと冷媒吸入ラインと
をバイパスさせるように制御した。

【０００５】また、蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度
が設定値を下回った場合には、バイパスラインを閉じる
ように制御した。

【０００６】また、室内機運転情報を検出し、運転台数
が変更した場合には、バイパスラインを閉じるように制
御した。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を添付の
図面を用いて説明する。図１は本発明に係るエンジンヒ
ートポンプの回路図、図２はバイパス回路に三方弁を介
在させた実施例図、図３は本発明に係るバイパス回路を
使用した場合における冷房能力の従来技術との比較グラ
フ、図４は同じく運転効率の従来技術との比較グラフで
ある。

【０００８】図１において、本発明のエンジンヒートポ
ンプに係る冷却サイクルについて説明する。圧縮機を構
成するコンプレッサ２（本実施例においてはマルチコン
プレッサとしている。）により冷媒を圧縮して、高温高
圧過飽和蒸気の冷媒として、四方弁３を経由して、室外
熱交換器４に圧送する。該室外熱交換器４において、冷
却フィンを通過する間に、冷却ファン４１の冷却風によ
り冷却されて、高温高圧過熱状態の冷媒が、高圧液相冷
媒に変換される。また、コンプレッサ２はエンジン１に
より駆動する構成としている。

【０００９】室外熱交換器４において、高圧液相冷媒に
変換された冷媒は、レシーバ５を経由し、冷房用膨張弁
７１において蒸発しやすい圧力まで減圧させた後、室内
機７へと送られるが、その際、レシーバ５の内部に配置
された過冷却器６により冷却されて、通常型冷却回路の
場合よりも更に低温の状態とされるのである。過冷却器
６は、レシーバ５から室内機７へと至るメイン回路から
は分岐した回路（若しくは、レシーバ５から抽出した回
路）が冷媒の流れに対向流を発生させ、この対向流によ
って冷媒間同士で熱交換を行い、室内機７へと流れる液
冷媒の過冷却度を大きくして、冷房時の運転効率を向上
させる効果を与えるものである。ここで、運転効率とは
空調能力を圧縮機仕事で除した値を言う。

【００１０】そして、室内用パイプ７５を通過した冷媒
が室内機７の蒸発器である室内熱交換器７０において室
内空気から熱を吸収して蒸発し室内空気を冷却する。更
に、クーラファン７２の送風により室内に冷房効果をも
たらすのである。そして、室内熱交換器７０において気
化した冷媒が戻り回路７６を通過して、四方弁３を経由
した後、アキュムレータ９へと流入する。

【００１１】アキュムレータ９へ流入した冷媒は、該ア
キュムレータ９において気液分離され、気相冷媒のみを
コンプレッサ２に戻すように構成している。このように
構成することで、湿り度の大きい蒸気が圧縮機に吸入さ
れ、液ハンマを起こし、圧縮機を破損するといった問題
を解消しているのである。そして、コンプレッサ２に戻
った冷媒が該コンプレッサ２により圧縮されて再び圧送
され、上述したサイクルを繰り返すのである。

【００１２】そして、本発明のエンジンヒートポンプに
係る冷媒回路には図１に示すように、四方弁３からアキ
ュムレータ９に至る冷媒戻りライン１４とアキュムレー
タ９からコンプレッサ２へ至る冷媒吸入ライン１５との
間にバイパスライン１６を設けている。また、バイパス
ライン１６には開閉弁１６ａ（本実施例においては電磁
弁）が介装されており、後述する制御方法により開閉弁
１６ａの開閉制御を行い冷媒の流れをバイパス制御する
ものである。

【００１３】以上の構成において、定常状態、つまり冷
媒戻りライン１４に流入する冷媒に液冷媒が存在しない
場合には、開閉弁１６ａを開放し、アキュムレータ９を
バイパスさせて冷媒吸入ライン１５に案内するのであ
る。このような制御を行うことで、アキュムレータ９を
通過する際の冷媒の圧力損失を回避することが可能とな
り、コンプレッサ２の駆動動力を増大させることなく、
運転効率が向上するのである。また、冷媒には液冷媒が
含まれていないため、コンプレッサ２を損傷させること
はないのである。そして、室内機７の稼動台数の変化等
により負荷変動が生じた場合には、冷媒戻りライン１４
に湿り度の多い冷媒が流入されるため（つまり、定常運
転状態でない状態）、該開閉弁１６ａを閉じ、冷媒をア
キュムレータ９へ案内して気液分離を行い、気相冷媒の
みをコンプレッサ２へと吸入するよう制御するのであ
る。

【００１４】次に、負荷変動に応じた開閉弁１６ａの制
御方法について説明する。まず、蒸発器過熱度情報をも
とにした制御方法について説明する。図１に示すよう
に、蒸発器である室内熱交換器７０の冷媒サイクル時に
おける流入側には温度センサ７７が、流出側には温度セ
ンサ７８がそれぞれ配設されている。そして、該温度セ
ンサ７７・７８により検出される冷媒温度をそれぞれＴ
７７・Ｔ７８として、過熱度ＴをＴ＝Ｔ７８−Ｔ７７と
すれば、過熱度Ｔは、流出側と流入側の冷媒の温度差を
示すこととなる。そして、この過熱度Ｔがある設定され
た値よりも大きい場合には、室内熱交換器出口は気相冷
媒であることを示している。

【００１５】そして、例えば室内機７の稼動台数が急激
に減少した場合等、冷媒サイクルに負荷変動が生じた場
合には、室内熱交換器７０の流出側には湿り度の多い蒸
気が流出し、前記過熱度Ｔが設定された値よりも小さく
なる。この場合には、前記開閉弁１６ａを開放している
と、液冷媒がコンプレッサ２に流入し前述した問題が発
生する。そこで、本発明においては過熱度Ｔが設定値を
下回った場合には開閉弁１６ａを閉じてバイパスライン
１６を閉鎖し、冷媒がアキュムレータ９を経由した後、
コンプレッサ２に流入するように制御するのである。

【００１６】そして、室内熱交換器７０の流入側及び流
出側の冷媒温度のセンシングを続け、過熱度Ｔが設定値
以上となった場合（定常運転状態に復帰した場合）に
は、再び、開閉弁１６ａを開放し、冷媒戻りライン１４
に流入する冷媒を直接冷媒吸入ライン１５へと導くので
ある。このような制御を行うことで、アキュムレータ９
による気液分離作用によるコンプレッサ２の保護と、バ
イパスライン１６とによって圧力損失を回避することに
より、コンプレッサ２の吸入圧力が高くなり、該コンプ
レッサ２の仕事量が減少して負荷の軽減を図ることが可
能となるのである。

【００１７】次に、室内機運転情報をもとにした開閉弁
１６ａの制御方法について説明する。上記開閉弁１６ａ
の制御は、室内機７のＯＮ／ＯＦＦ操作に連動させるこ
とも可能であり、この場合、あらかじめ室内機７の稼動
台数及び稼動台数の変化による負荷変動を予測してお
く。そして、複数の室内機７・７・・・に対するＯＮ／
ＯＦＦ操作（運転開始、停止の操作）をモニタリングし
て、室内機運転情報を取得し、その稼動台数の変化によ
って前記開閉弁１６ａの開閉制御を行うのである。

【００１８】つまり、室内機７・７・・・からのＯＮ／
ＯＦＦ操作信号を、例えば、室外熱交換器４等が収納さ
れる室外機に設けたコントローラへ入力し、該コントロ
ーラによって室内機７の稼動台数を判定し、稼動台数の
変化がなく、定常運転状態と判断した場合には、前記開
閉弁１６ａを開放し、アキュムレータ９をバイパスする
のである。そして、稼動台数が急激に変化し、冷媒戻り
ライン１４に液冷媒が流入すると予測される場合には、
開放弁１６ａを閉じ冷媒をアキュムレータ９で気液分離
した後、コンプレッサ２に送るのである。そして、室内
機７の稼動台数を監視して冷媒サイクルが定常状態に回
復した場合には、再び開放弁１６ａを開放して、アキュ
ムレータ９をバイパスするよう制御するのである。この
方法によれば、前述した過熱度情報をもとにした制御に
比べて精度は劣るものの、冷媒温度の検出が不要であ
り、容易に開閉弁１６ａの制御を行うことが出来る。

【００１９】また、図２に示すように、冷媒戻りライン
１４に三方弁１６ｂを介装し、該三方弁１６ｂからバイ
パスライン１６を分岐させる回路構成とすることも可能
である。この構成においても、上述した蒸発器過熱度情
報又は室内機運転情報を利用した制御方法により、冷媒
戻りライン１４に流入する冷媒が液冷媒を含まない場合
には、三方弁１６ｂをバイパスライン１６側に切換えて
アキュムレータ９をバイパスするよう制御し、冷媒戻り
ライン１４に流入する冷媒に液冷媒が含まれている場合
には、冷媒をアキュムレータ９を通過させるように制御
することにより同様の効果を奏するものである。また、
図３及び図４には本発明に係るアキュムレータ９のバイ
パス回路を使用した場合の冷房能力及び運転効率を従来
（バイパスライン１６を設けていない）のヒートポンプ
と比較したグラフを示しており、本発明のバイパス回路
を使用した場合には、冷房能力比及びサイクル運転効率
比を共に向上させることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明のエンジンヒートポンプは以上の
如く構成したので、以下のような効果を奏するものであ
る。即ち、圧縮機吸入口手前に設けられるアキュムレー
タにおいて、四方弁からアキュムレータに至る冷媒戻り
ラインとアキュムレータから圧縮機へ至る冷媒吸入ライ
ン間にバイパスラインを設け、且つ定常運転時のみ冷媒
戻りラインと冷媒吸入ラインとをバイパスさせるように
制御したので、冷媒戻りラインに流入する冷媒が液冷媒
を含まない場合にのみ、アキュムレータをバイパスさせ
ることが可能となり、コンプレッサの保護を可能とする
とともに、アキュムレータによる圧力損失を回避してコ
ンプレッサの負荷軽減を図ることが可能となった。ま
た、バイパス回路を使用することにより、冷房能力比及
びサイクル運転効率比を共に向上させることができる。

【００２１】また、蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度
が設定値を下回った場合には、バイパスラインを閉じる
ように制御したので、蒸発器から四方弁を介して冷媒戻
りラインへと流入する冷媒の状態を正確に判断すること
が可能となり、液冷媒の含まれていない冷媒をバイパス
ラインを介してコンプレッサに吸入させる制御が可能と
なった。

【００２２】また、室内機運転情報を検出し、運転台数
が変更した場合には、バイパスラインを閉じるように制
御したので、冷媒の状態を低コスト且つ簡易な構成で把
握することが可能となり、液冷媒の含まない冷媒をバイ
パスラインを介してコンプレッサに吸入させる制御を可
能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジンヒートポンプの回路図で
ある。

【図２】バイパス回路に三方弁を介在させた実施例図で
ある。

【図３】本発明に係るバイパス回路を使用した場合にお
ける冷房能力の従来技術との比較グラフである。

【図４】本発明に係るバイパス回路を使用した場合にお
ける運転効率の従来技術との比較グラフである。

【符号の説明】

１エンジン２コンプレッサ３四方弁４室外熱交換器５レシーバ１４冷媒戻りライン１５冷媒吸入ライン１６バイパスライン１６ａ開閉弁１６ｂ三方弁７０室内熱交換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機吸入口手前にアキュムレータを設
けたエンジンヒートポンプにおいて、四方弁からアキュ
ムレータに至る冷媒戻りラインとアキュムレータから圧
縮機へ至る冷媒吸入ラインとの間にバイパスラインを設
け、且つ定常運転時のみ冷媒戻りラインと冷媒吸入ライ
ンとをバイパスさせるように制御したことを特徴とする
エンジンヒートポンプ。
【請求項２】蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度が設
定値を下回った場合には、バイパスラインを閉じるよう
に制御したことを特徴とする請求項１記載のエンジンヒ
ートポンプ。
【請求項３】室内機運転情報を検出し、運転台数が変
更した場合には、バイパスラインを閉じるように制御し
たことを特徴とする請求項１記載のエンジンヒートポン
プ。