【書類名】 明細書
【発明の名称】 ヒートポンプ装置の制御方法およびそれを用いたヒートポンプ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記減圧装置出口から前記圧縮機までの間に圧力検出手段を具備し、前記圧力検出手段が冷媒の臨界圧力に近づくまたは超えると、前記蒸発器の冷凍能力を減少させる吸熱量変化手段により前記蒸発器内の圧力を減少させるヒートポンプ装置の制御方法。
【請求項２】 圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記減圧装置出口から前記圧縮機までの間に圧力検出手段を具備し、前記圧力検出手段が冷媒の臨界圧力に近づくまたは超えると、前記蒸発器の冷凍能力を減少させる吸熱量変化手段により前記蒸発器内の圧力を減少させるものであって、この吸熱量変化手段は、前記蒸発器のファン速度を通常運転より減少または停止させることを特徴とするヒートポンプ装置の制御方法。
【請求項３】 前記圧力検出手段として、前記冷媒配管に取りつけた温度検出手段を用いることを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ装置の制御方法。
【請求項４】 前記温度検出手段として、前記減圧装置と前記蒸発器の中間点との間に設けた温度検出手段を用いることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ装置の制御方法。
【請求項５】 上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御方法を用いるヒートポンプ装置。
【請求項６】 ヒートポンプ装置に使用される冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、臨界圧力を超えた範囲で使用するヒートポンプ装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、ヒートポンプ装置は図７に示すような圧縮機１、放熱器（凝縮器）２、減圧装置３、蒸発器４を環状に接続して構成され、特に臨界圧力以上まで加圧される冷媒（例えば二酸化炭素）を使用した場合、このヒートポンプ装置のモリエル線図は図８となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、日本での過負荷条件（４３℃）で蒸発器が空冷式のファンによって吸込空気から吸熱する場合、図２に示すようなモリエル線図となる。つまり、蒸発器内の圧力が臨界圧力Ｐｃに近づくことにより、蒸発潜熱△ｈｅが急激に減少する。この装置の圧縮機運転回転数、減圧装置の絞り開度、放熱量が一定とした場合、この吸熱側の過負荷条件により、蒸発器の能力は著しく低下し、吐出圧力及び吐出温度等の冷凍サイクルが不安定になる。更に、前記減圧装置の弁開度が電気的に調整可能な場合、吐出温度等の急激な変化によって弁開度の増減が発生し、圧力の増減を生じる。圧力の急増は、設計圧力の増大につながり冷凍サイクル部品の耐圧強化のため多大なコストを招き、また保安用の圧力スイッチにより高圧保護制御を行っている場合、頻繁に高圧保護制御が作動し、運転できないといった問題を生じる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明のヒートポンプ装置の制御方法は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記減圧装置出口から前記圧縮機までの間に圧力検出手段を具備し、前記圧力検出手段が冷媒の臨界圧力に近づくまたは超えると、前記蒸発器の冷凍能力を減少させる吸熱量変化手段により前記蒸発器内の圧力を減少させることを特徴とする。請求項２記載の本発明のヒートポンプ装置の制御方法は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記減圧装置出口から前記圧縮機までの間に圧力検出手段を具備し、前記圧力検出手段が冷媒の臨界圧力に近づくまたは超えると、前記蒸発器の冷凍能力を減少させる吸熱量変化手段により前記蒸発器内の圧力を減少させるものであって、この吸熱量変化手段は、前記蒸発器のファン速度を通常運転より減少または停止させることを特徴とする。
【０００５】
請求項３記載の本発明のヒートポンプ装置の制御方法は、前記圧力検出手段として、前記冷媒配管に取りつけた温度検出手段を用いることを特徴とする。
【０００６】
請求項４記載の本発明のヒートポンプ装置の制御方法は、前記温度検出手段として、前記減圧装置と前記蒸発器の中間点との間に設けた温度検出手段を用いることを特徴とする。
【０００７】
請求項５記載の本発明のヒートポンプ装置は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御方法を用いることを特徴とする。請求項６記載の本発明のヒートポンプ装置は、前記ヒートポンプ装置に使用される冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ装置の制御方法は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記減圧装置出口から前記圧縮機までの間に圧力検出手段を具備し、前記圧力検出手段が冷媒の臨界圧力に近づくまたは超えると、前記蒸発器の冷凍能力を減少させる吸熱量変化手段により前記蒸発器内の圧力を減少させるものである。本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ装置の制御方法は、圧力検出手段が冷媒の臨界圧力に近づくまたは超えると、蒸発器の冷凍能力を減少させる吸熱量変化手段により蒸発器内の圧力を減少させるものであって、前記吸熱量変化手段は、前記蒸発器のファンの速度を通常運転より減少または停止させるものである。これらによれば、蒸発器の負荷が高い等によって発生する臨界圧力付近までの圧力上昇を未然に検知し、吸熱量を減少させることにより、蒸発器における蒸発潜熱を確保し、安定した運転が確保できる。その結果、蒸発器の負荷が高い状態でも急激な圧力上昇及び減少変化が発生せず、圧力容器や機能部品（電磁膨張弁、開閉弁等）の設計圧力低減が可能となり、信頼性確保の為のコスト増大（肉圧アップ等）を防止できる。吸熱量変化手段は、蒸発器に設けた既存部品を使用することが可能となり、機能付加によるコスト増大を防止することが可能である。
【０００９】
本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ装置の制御方法は、圧力検出手段として、前記冷媒配管に取りつけた温度検出手段を用いるものである。これによれば、冷媒２相域の温度を検出することにより圧力を推定可能とする為、圧力検出手段（圧力スイッチ、圧力センサ）等の複雑な構造及びシール機能を有しない安価な温度センサで、低圧側の圧力を推定することができる。
【００１０】
本発明の第４の実施の形態におけるヒートポンプ装置の制御方法は、温度検出手段として、前記減圧装置と前記蒸発器の中間点との間に設けた温度検出手段を用いるものである。これによれば、蒸発器の負荷が過負荷条件になったり、過渡的に蒸発器内の冷媒が過熱域となっても、常時冷媒２相域であるため、精度良く圧力を推定することができる。
【００１１】
本発明の第５の実施の形態におけるヒートポンプ装置は、上記第１〜４の実施の形態におけるヒートポンプ装置の制御方法を用いるヒートポンプ装置である。これにより、様々な負荷に対して安定した冷凍サイクル制御を、コストの増大を可能な限り伴わない手段で可能とした、臨界圧力を超える冷媒を使用するヒートポンプ装置を提供できる。本発明の第６の実施の形態におけるヒートポンプ装置は、ヒートポンプ装置に使用される冷媒が、二酸化炭素である。この場合、サイクル内の圧力が冷媒の臨界圧力以上まで加圧されるが、低圧側部品を臨界圧力以下で運転することができ、急激な高圧上昇を防止することで高圧部品の設計圧力、更には耐圧部品を臨界圧力以下で運転することで低圧部品の設計圧力を各々抑制させ、圧力容器（蒸発器）や機能部品（膨張弁）のシステムコストを抑制することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（第１の実施例）
図１は、第一の実施例におけるヒートポンプ装置を示したものである。本実施例のヒートポンプ装置は、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、蒸発器４を冷媒配管５によって環状に接続して構成され、冷媒として二酸化炭素を使用している。
【００１４】
図２は、本装置におけるモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を示したものである。圧縮機１は、吸引した冷媒を臨界圧力Ｐｃ以上まで圧縮して吐出し、吐出された高温高圧の冷媒は、貯湯槽６内から供給された液体（水）と放熱器２を介して熱交換される。放熱器２を流れる冷媒(二酸化炭素)は圧縮機１によって臨界圧力Ｐｃ以上に加圧されている為、放熱器２を通過する液体に放熱して温度低下しても凝縮（冷媒２相域）することはない。減圧装置３は、放熱器２から流出する冷媒(二酸化炭素)を減圧する装置のことで、毛細管によるキャピラリーチューブや制御装置によって弁開度を電気的に制御する電磁式膨張弁である。冷媒(二酸化炭素)は、この減圧装置３によって冷媒２相域となるまで減圧されたのち、蒸発器４によって吸熱冷媒が蒸発気化した後、再び圧縮機１に吸引される。しかし、図２に示すように、蒸発器側の負荷が過負荷条件（空冷の場合、吸込空気温度が４３℃以上、水冷の場合、入水温度が４５℃以上）となると、蒸発器内圧力△Ｐe（図２では減圧装置出口〜蒸発器入口での圧力）が臨界圧力Ｐｃに近づくことにより、蒸発潜熱△ｈｅが急激に減少する。この装置の圧縮機運転回転数、減圧装置の絞り開度、放熱量が一定とした場合、この吸熱側の過負荷条件により、蒸発器の能力は著しく低下し、吐出圧力及び吐出温度等の冷凍サイクルが不安定になる。更に、前記減圧装置の弁開度が電気的に調整可能な場合、吐出温度等の急激な変化によって弁開度の増減が発生し、更に圧力の増減を生じる。圧力の急増は、設計圧力の増大につながり冷凍サイクル部品の耐圧強化のため多大なコストを招き、また保安用の圧力スイッチにより高圧保護制御を行っている場合、頻繁に高圧保護制御が作動し、運転できないといった問題を生じる。このような課題を解決する為に、本発明は減圧装置３出口から圧縮機１までの低圧側に圧力検出手段１２を具備し、圧力検出手段１２が使用する冷媒の臨界圧力Ｐｃに近づくまたは超えると、マイクロコンピュータ１０により蒸発器側の冷凍能力を減少させる吸熱量変化手段（図１の場合、蒸発器側ファン１１）を通常運転時より減少または停止させることにより、蒸発器４内の圧力を減少させ、定格条件に近い蒸発圧力Ｐｅ１を得ることができ、圧縮機の吐出・吸入における圧力及び温度を安定して運転させることができる。
【００１５】
なお、吸熱量変化手段は、水冷における蒸発器４側ポンプの速度を減少または停止させたり、蒸発器４の開口面積を減少させたり、吸熱負荷より低い媒体を付加（例えば、冷却水噴霧等）する付加手段も同様の効果がある。
【００１６】
（第２の実施例）
図３は、第２の実施例におけるヒートポンプ装置を示したものである。図１の圧力検出手段１２に対して、低圧側ヒートポンプ装置の冷媒配管５に温度検出手段１３を設ける構成である。これによれば、冷媒２相域の温度を検出することにより圧力を推定可能となる為、圧力検出手段（圧力スイッチ、圧力センサ）等の複雑な構造及びシール機能を有しない安価な温度センサで、低圧側の圧力を推定することができる。また、除霜用センサと共用化することでコストアップ無く安価な装置を提供することが可能となる。
【００１７】
（第３の実施例）
図４は、第３の実施例におけるヒートポンプ装置を示したものである。本発明は、温度検出手段１３が、減圧装置３と蒸発器３の中間点との間に設ける構成となる。ここで本実施例の作用を図５及び図６を用いて説明する。図５は、ヒートポンプ装置における圧縮機１等の機能部品が動作し、冷凍サイクルの各部の圧力及び温度が安定した状態を示したものであり、図６は、圧縮機１が起動した時や負荷が急変した場合の過渡的な状態を示したものである。図５より、使用される冷媒が二酸化炭素で安定した状態の場合、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は放熱器２の入口から減圧装置入口３−ａまで臨界圧力域の冷媒状態となり、減圧装置３により気液２相の冷媒状態１５−ｂとなり、蒸発器４により冷媒は蒸発し、蒸発器４を出た後、冷媒は気相域１５−ｃとなり圧縮機１に吸引されるため、温度検出手段１３−ａにより、気液二相域の冷媒温度を検出することにより、低圧側圧力を推定することが可能である。しかし、図６のような蒸発器側の負荷が高くなる過負荷条件では、図２で説明した通り、蒸発器４内の圧力が臨界圧力Ｐｃに近づき蒸発潜熱△Ｐｅが減少する為に、蒸発器中間点から蒸発器出口まで気相域の冷媒状態１５−ｃとなり、安定した運転状態でも温度検出手段１３−ａでは、冷媒気相（過熱）域での温度を検出することができず、正確な圧力を推定することができない。そこで、減圧装置出口３−ｂと蒸発器の中間点４−ａとの間に温度検出手段１３−ｂを設けることにより、過負荷における安定運転状態や圧縮機起動等の過渡運転時でも、気液二相域冷媒状態における温度を検出し正確な圧力を推定することが可能となる。したがって、使用する冷媒が二酸化炭素のような過負荷時に低圧側圧力が臨界圧力に近づく二酸化炭素のような冷媒でも、温度検出手段13-bにより低圧側ヒートポンプ装置の圧力を推定し、吸熱量変化手段、すなわち吸熱側ファン１１の速度を減少または停止させることにより、安定運転可能な圧力まで低圧側ヒートポンプ装置の圧力を減少させることが可能である。なお、第１〜３実施例に示したように、貯湯槽６内の液体は、給湯用に用いるだけではなく、床暖房用、室内空調用としても使用して良く、また、放熱器２の放熱手段として貯湯槽６の液体を用いず、ファン１４により放熱しても良い。
【００１８】
更に、圧縮機１の冷媒吸込側に冷媒を貯留するアキュムレータが設置されていても、第１〜３実施例の効果は同様に得られる。
【００１９】
また、減圧装置３において弁開度を電気的に制御可能な電磁式膨張弁によって、蒸発器４内の圧力を減圧することが可能であるが、その際、吐出圧力が急増するため、得策ではない。
【００２０】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、本発明は、臨界圧力を超える冷媒を使用するヒートポンプ装置において、様々な負荷に対して安定した冷凍サイクル制御をコストの増大を可能な限り伴わない手段で可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ装置の冷凍サイクル図
【図２】
本発明の第１の実施例における運転動作の説明図
【図３】
本発明の第２の実施例におけるヒートポンプ装置の冷凍サイクル図
【図４】
本発明の第３の実施例におけるヒートポンプ装置の冷凍サイクル図
【図５】
本発明の第３の実施例におけるヒートポンプ装置の標準負荷・定格運転時の冷媒状態説明図
【図６】
本発明の第３の実施例におけるヒートポンプ装置の過負荷条件・定格運転時の冷媒状態説明図
【図７】
従来の実施例におけるヒートポンプ装置の冷凍サイクル図
【図８】
従来の実施例における運転動作の説明図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧装置
３−ａ 減圧装置入口
３−ｂ 減圧装置出口
４ 蒸発器（蒸発器）
４−ａ 蒸発器中間点
５ 冷媒配管
６ 貯湯槽
７ ポンプ（ウォーターポンプ）
８ 水配管
１０ マイクロコンピュータ（制御部）
１１ 蒸発器側ファン
１２ 圧力検出手段
１３ 温度検出手段（センサ）
１３−ａ 温度検出手段（請求項２の手段）
１３−ｂ 温度検出手段（請求項３の手段）
１４ 放熱器側ファン
１５ 管内冷媒状態（二酸化炭素）
１５−ａ 臨界圧力域の冷媒状態
１５−ｂ 気液二相域の冷媒状態
１５−ｃ 気相（過熱）域の冷媒状態
[Document name] statement
Patent application title: Control method of heat pump apparatusAnd heat pump apparatus using the same
[Claim of claim]
[Claim 1] In a heat pump apparatus constituted by connecting a compressor, a radiator, a pressure reducing device, and an evaporator annularly by a refrigerant pipe, pressure detecting means is provided between the pressure reducing device outlet and the compressor, the pressure detecting means The control method of the heat pump apparatus which reduces the pressure in the said evaporator by the heat-absorption-amount change means which reduces the refrigerating capacity of the said evaporator, when the pressure nears or exceeds the critical pressure of a refrigerant | coolant.
[Claim 2A heat pump apparatus constructed by annularly connecting a compressor, a radiator, a pressure reducing device, and an evaporator with a refrigerant pipe, comprising pressure detecting means between the pressure reducing device outlet and the compressor, the pressure detecting The endothermic amount changing means for reducing the refrigeration capacity of the evaporator when the means approaches or exceeds the critical pressure of the refrigerant reduces the pressure in the evaporator, and the endothermic amount changing means comprises the evaporator A method of controlling a heat pump apparatus, comprising reducing or stopping a fan speed of the vehicle from normal operation.
[Claim 3Said pressure detecting meansAsTemperature detection means attached to the refrigerant pipeUseThat is characterized byItem 2Control method of
[Claim 4Said temperature detecting meansAsBetween the pressure reducing device and the midpoint of the evaporatorUse the temperature detection means provided inThat is characterized byItem 3Control method of
[Claim 5] The heat pump apparatus using the control method of any one of the said Claims 1-4.
[6] The heat pump apparatus according to claim 5, wherein the refrigerant used in the heat pump apparatus is carbon dioxide.
Detailed Description of the Invention
[0001]
[Industrial application field]
The present invention relates to a control method of a heat pump apparatus used in a range exceeding a critical pressure.
[0002]
[Prior Art]
As a prior art, the heat pump apparatus is configured by connecting a compressor 1, a radiator (condenser) 2, a pressure reducing device 3, and an evaporator 4 as shown in FIG. When a refrigerant (for example, carbon dioxide) is used, the Mollier diagram of this heat pump apparatus is as shown in FIG.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Here, in the case where the evaporator absorbs heat from the suction air by an air-cooling fan under an overload condition (43 ° C.) in Japan, a Mollier diagram as shown in FIG. 2 is obtained. That is, as the pressure in the evaporator approaches the critical pressure Pc, the latent heat of vaporization Δhe decreases rapidly. If the compressor operating speed of this device, the throttle opening degree of the pressure reducing device, and the heat release amount are constant, the capacity of the evaporator is significantly reduced due to the overload condition on the heat absorption side, and refrigeration such as discharge pressure and discharge temperature The cycle becomes unstable. Furthermore, when the valve opening degree of the pressure reducing device is electrically adjustable, the valve opening degree increases or decreases due to the rapid change of the discharge temperature or the like, and the pressure increases or decreases. A surge in pressure leads to an increase in design pressure, resulting in a large cost for strengthening the pressure resistance of refrigeration cycle parts, and when high pressure protection control is performed by a pressure switch for protection, high pressure protection control is frequently operated. There is a problem that you can not drive.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the said subject, the control method of the heat pump apparatus of this invention of Claim 1 of Claim 1,In a heat pump apparatus constituted by connecting a compressor, a radiator, a pressure reducing device, and an evaporator annularly by a refrigerant pipe, pressure detecting means is provided between the pressure reducing device outlet and the compressor, the pressure detecting means When the pressure of the refrigerant approaches or exceeds the critical pressure of the refrigerant, the pressure in the evaporator is reduced by means of heat absorption change means for reducing the refrigeration capacity of the evaporator.ClaimItem 2In the heat pump apparatus control method according to the present invention, the compressor, the radiator, the pressure reducing device, and the evaporator are annularly connected by a refrigerant pipe, and the heat pump is connected between the pressure reducing device outlet and the compressor. A pressure detection means, and when the pressure detection means approaches or exceeds the critical pressure of the refrigerant, the pressure in the evaporator is decreased by the heat absorption change means for reducing the refrigeration capacity of the evaporator. The endothermic amount changing means is characterized in that the fan speed of the evaporator is reduced or stopped from the normal operation.
[0005]
ClaimItem 3In the control method of a heat pump apparatus according to the present invention, the pressure detection meansAsTemperature detection means attached to the refrigerant pipeUseIt is characterized by
[0006]
ClaimItem 4In the control method of the heat pump apparatus according to the present invention, the temperature detection meansAsBetween the pressure reducing device and the midpoint of the evaporatorUse the temperature detection means provided inIt is characterized by
[0007]
A heat pump apparatus according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the control method according to any one of the first to fourth aspects is used. The heat pump apparatus of the present invention according to claim 6 isThe refrigerant used in the heat pump apparatus is carbon dioxide.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the heat pump control method according to the first embodiment of the present invention, a compressor, a radiator, a pressure reducing device, and an evaporator are annularly connected by refrigerant piping. The pressure detection means is provided up to the compressor, and when the pressure detection means approaches or exceeds the critical pressure of the refrigerant, the pressure in the evaporator is decreased by the endothermic heat change means for reducing the refrigeration capacity of the evaporator It isIn the present inventionSecondThe control method of the heat pump device in the embodiment is to reduce the pressure in the evaporator by means of heat absorption change means for reducing the refrigeration capacity of the evaporator when the pressure detection means approaches or exceeds the critical pressure of the refrigerant. The endothermic amount changing means reduces or stops the speed of a fan of the evaporator from normal operation.To theseAccording to the present invention, the pressure rise up to near the critical pressure generated due to high load of the evaporator or the like is detected in advance, and the heat absorption amount is reduced, whereby the latent heat of vaporization in the evaporator can be secured to ensure stable operation. As a result, even if the load on the evaporator is high, a sudden increase and decrease in pressure does not occur, and design pressure reduction of pressure vessels and functional components (such as electromagnetic expansion valves and on-off valves) becomes possible. Cost increase (flood pressure increase etc.) can be prevented. As the heat absorption amount changing means, it is possible to use existing parts provided in the evaporator, and it is possible to prevent an increase in cost due to addition of functions.
[0009]
In the present inventionThirdThe control method of the heat pump device in the embodiment includes a pressure detection unitAsTemperature detection means attached to the refrigerant pipeUseIt is a thing. According to this, since the pressure can be estimated by detecting the temperature of the refrigerant two-phase region, the complicated structure such as the pressure detection means (pressure switch, pressure sensor) and the inexpensive temperature sensor without the sealing function The pressure on the low pressure side can be estimated.
[0010]
In the present inventionFourthA control method of a heat pump device according to an embodiment includes a temperature detection unitAsBetween the pressure reducing device and the midpoint of the evaporatorUse the temperature detection means provided inIt is a thing. According to this, even if the load on the evaporator becomes an overload condition or the refrigerant in the evaporator transiently becomes the overheated area, the pressure is estimated accurately because it is always the two-phase refrigerant area. it can.
[0011]
The heat pump apparatus in the 5th Embodiment of this invention is a heat pump apparatus using the control method of the heat pump apparatus in said 1st-4th embodiment. This makes it possible to provide a heat pump apparatus using a refrigerant exceeding the critical pressure, which enables stable refrigeration cycle control with various loads by means that does not possibly increase the cost.In the present inventionSixthHeat pump in the embodimentThe device is, Cold used in heat pump equipmentThe medium isIt is carbon dioxide. In this case, although the pressure in the cycle is pressurized to the critical pressure or more of the refrigerant, the low pressure side component can be operated at the critical pressure or lower, and the design pressure of the high pressure component is further prevented by preventing the rapid high pressure rise. By operating the pressure-resistant components below the critical pressure, the design pressure of the low-pressure components can be suppressed, and the system cost of the pressure vessel (evaporator) and the functional components (expansion valve) can be suppressed.
[0012]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
[0013]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a heat pump apparatus according to the first embodiment. The heat pump apparatus of the present embodiment is configured by annularly connecting the compressor 1, the radiator 2, the pressure reducing device 3, and the evaporator 4 by the refrigerant pipe 5, and uses carbon dioxide as the refrigerant.
[0014]
FIG. 2 shows a Mollier diagram (ph diagram) in the present apparatus. The compressor 1 compresses the sucked refrigerant to the critical pressure Pc or more and discharges it, and the discharged high-temperature / high-pressure refrigerant exchanges heat with the liquid (water) supplied from the inside of the hot water storage tank 6 through the radiator 2 Be done. Since the refrigerant (carbon dioxide) flowing through the radiator 2 is pressurized by the compressor 1 to the critical pressure Pc or more, it condenses even if the heat is discharged to the liquid passing through the radiator 2 and the temperature decreases There is nothing to do. The pressure reducing device 3 is a device that reduces the pressure of the refrigerant (carbon dioxide) flowing out of the radiator 2, and is an electromagnetic expansion valve that electrically controls the valve opening degree by a capillary tube with a capillary tube or a control device. The refrigerant (carbon dioxide) is reduced in pressure to a refrigerant two-phase region by the pressure reducing device 3, then the endothermic refrigerant is evaporated and evaporated by the evaporator 4, and then drawn again into the compressor 1. However, as shown in FIG. 2, when the load on the evaporator side becomes an overload condition (in the case of air cooling, the suction air temperature is 43 ° C. or higher, and in the case of water cooling, the inlet water temperature is 45 ° C. or higher), the pressure in the evaporator Δ As Pe (in FIG. 2, the pressure at the pressure reducing device outlet to the pressure at the evaporator inlet) approaches the critical pressure Pc, the latent heat of vaporization Δhe decreases rapidly. If the compressor operating speed of this device, the throttle opening degree of the pressure reducing device, and the heat release amount are constant, the capacity of the evaporator is significantly reduced due to the overload condition on the heat absorption side, and refrigeration such as discharge pressure and discharge temperature The cycle becomes unstable. Furthermore, when the valve opening degree of the pressure reducing device is electrically adjustable, the valve opening degree increases or decreases due to the rapid change of the discharge temperature or the like, and the pressure further increases or decreases. A surge in pressure leads to an increase in design pressure, resulting in a large cost for strengthening the pressure resistance of refrigeration cycle parts, and when high pressure protection control is performed by a pressure switch for protection, high pressure protection control is frequently operated. There is a problem that you can not drive. In order to solve such problems, the present invention is provided with a pressure detection means 12 on the low pressure side from the pressure reducing device 3 outlet to the compressor 1, and the pressure detection means 12 approaches or exceeds the critical pressure Pc of the refrigerant used. The pressure in the evaporator 4 is reduced by decreasing or stopping the endothermic amount changing means (in the case of FIG. 1, the evaporator side fan 11) which reduces the refrigeration capacity on the evaporator side by the microcomputer 10 The reduced evaporation pressure Pe1 can be obtained close to the rated conditions, and the pressure and temperature at the discharge and suction of the compressor can be stably operated.
[0015]
The endothermic amount changing means reduces or stops the speed of the evaporator 4 side pump in water cooling, reduces the opening area of the evaporator 4, adds a medium having a lower endothermic load (for example, cooling water spray etc.) The additional means also has the same effect.
[0016]
Second Embodiment
FIG. 3 shows a heat pump apparatus according to the second embodiment. With respect to the pressure detection means 12 of FIG. 1, the temperature detection means 13 is provided in the refrigerant | coolant piping 5 of a low pressure side heat pump apparatus. According to this, since the pressure can be estimated by detecting the temperature of the refrigerant two-phase region, it is an inexpensive temperature sensor which does not have a complicated structure such as a pressure detection means (pressure switch, pressure sensor) and a sealing function. The pressure on the low pressure side can be estimated. Moreover, it becomes possible to provide a cheap apparatus without cost increase by sharing with the sensor for defrost.
[0017]
Third Embodiment
FIG. 4 shows a heat pump apparatus according to the third embodiment. In the present invention, the temperature detection means 13 is provided between the pressure reducing device 3 and the middle point of the evaporator 3. Here, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows a state in which the functional parts such as the compressor 1 etc. in the heat pump apparatus operate and the pressure and temperature of each part of the refrigeration cycle are stabilized. FIG. Shows a transient state when there is a sudden change. According to FIG. 5, when the refrigerant used is in a stable state with carbon dioxide, the high temperature / high pressure refrigerant discharged from the compressor 1 is in the critical pressure region from the inlet of the radiator 2 to the pressure reducing device inlet 3-a. The refrigerant 3 is turned into a gas-liquid two-phase refrigerant state 15-b by the decompression device 3, the refrigerant is evaporated by the evaporator 4, and after leaving the evaporator 4, the refrigerant becomes a gas phase zone 15-c and is sucked into the compressor 1 Therefore, it is possible to estimate the low pressure side pressure by detecting the refrigerant temperature in the gas-liquid two-phase region by the temperature detection means 13-a. However, under an overload condition where the load on the evaporator side as shown in FIG. 6 becomes high, as described in FIG. 2, the pressure in the evaporator 4 approaches the critical pressure Pc and the latent heat of evaporation ΔPe decreases. The refrigerant state 15-c in the gas phase region from the middle point of the unit to the outlet of the evaporator, and even in the stable operation state, the temperature detection means 13-a can not detect the temperature in the refrigerant gas phase (superheated) region, It is not possible to estimate the correct pressure. Therefore, by providing the temperature detection means 13-b between the pressure reducing device outlet 3-b and the middle point 4-a of the evaporator, even in the transient operation such as the stable operation state under overload or the compressor start, etc. It is possible to detect the temperature in the liquid two-phase region refrigerant state and estimate the accurate pressure. Therefore, even if the refrigerant to be used is carbon dioxide, such as carbon dioxide whose low pressure side approaches the critical pressure when the overload is over, the pressure of the low pressure heat pump is estimated by the temperature detection means 13-b By reducing or stopping the speed of the heat absorption side fan 11, it is possible to reduce the pressure of the low pressure side heat pump apparatus to a pressure at which stable operation is possible. As described in the first to third embodiments, the liquid in the hot water storage tank 6 may be used not only for hot water supply but also for floor heating and indoor air conditioning. The heat may be dissipated by the fan 14 without using the liquid of the hot water storage tank 6 as the heat dissipation means.
[0018]
Furthermore, even if an accumulator for storing the refrigerant is installed on the refrigerant suction side of the compressor 1, the effects of the first to third embodiments can be similarly obtained.
[0019]
In addition, although it is possible to reduce the pressure in the evaporator 4 by the electromagnetic expansion valve which can electrically control the valve opening degree in the pressure reducing device 3, since the discharge pressure rapidly increases at that time, Absent.
[0020]
【Effect of the invention】
As is apparent from the above embodiments, the present invention enables stable refrigeration cycle control under various loads in a heat pump device using a refrigerant that exceeds the critical pressure by means that involves as little as possible cost increase. It is said that.
Brief Description of the Drawings
[Fig. 1]
Refrigerating cycle diagram of the heat pump apparatus according to the first embodiment of the present invention
[Fig. 2]
Explanatory drawing of the driving | operation operation | movement in the 1st Example of this invention
[Fig. 3]
Refrigerating cycle diagram of a heat pump apparatus according to a second embodiment of the present invention
[Fig. 4]
Refrigerating cycle diagram of a heat pump apparatus according to a third embodiment of the present invention
[Fig. 5]
The refrigerant state explanatory drawing at the time of standard load and rating operation of the heat pump device in the 3rd example of the present invention
[Fig. 6]
The overload condition of the heat pump apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[Fig. 7]
Refrigerating cycle diagram of the heat pump apparatus in the conventional embodiment
[Fig. 8]
Explanatory drawing of the driving operation in the conventional embodiment
[Description of the code]
1 Compressor
2 Radiator
3 Pressure reducing device
3-a Depressurizer inlet
3-b Depressurizer outlet
4 Evaporator (Evaporator)
4-a Evaporator midpoint
5 Refrigerant piping
6 hot water storage tank
7 Pump (water pump)
8 Water piping
10 microcomputer (control unit)
11 Evaporator side fan
12 Pressure detection means
13 Temperature detection means (sensor)
13-a Temperature detection means (means of claim 2)
13-b Temperature detection means (means of claim 3)
14 Radiator side fan
15 In-pipe refrigerant status (carbon dioxide)
15-a State of refrigerant in critical pressure region
15-b Refrigerant state in gas-liquid two-phase region
15-c Gas phase (superheated) refrigerant state