JP2005147437A - Heat pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機を備えたヒートポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump apparatus including a compressor.
従来のヒートポンプ装置では、運転時の膨張弁制御として圧縮機吸入冷媒のスーパーヒート(過熱度)が0〜5Kに収まるように膨張弁開度を制御する手法が一般的である(例えば、非特許文献1参照)。この膨張弁制御手法は、ヒートポンプサイクルに限らず、蒸気圧縮式の冷凍サイクル全般に適用可能であり、圧縮機吸入冷媒温度センサーと圧縮機吸入圧力センサーという比較的簡単な構成(図示しない)で高効率な冷凍サイクル制御を行うことができる。
しかしながら、前記従来の構成では、運転起動時において、圧縮機の吐出冷媒温度(以下、吐出温度と称する)は安定時の吐出温度に対してオーバーシュートを生じる。即ち、運転起動と共に吐出温度は上昇し、一旦、安定時の吐出温度より高温状態になった後に低下して安定時の吐出温度に安定するという特性を有している。 However, in the above-described conventional configuration, when the operation is started, the discharge refrigerant temperature of the compressor (hereinafter referred to as discharge temperature) causes an overshoot relative to the stable discharge temperature. In other words, the discharge temperature rises with the start of operation, and once the temperature becomes higher than the stable discharge temperature, the discharge temperature decreases and then stabilizes at the stable discharge temperature.
この吐出温度のオーバーシュートが大きくなると、高圧シェル型の圧縮機を採用し、かつ、運転中の吐出温度が高い冷凍サイクルの場合には、圧縮機の信頼性に悪影響を与える恐れがある。例えば、高温(90℃)の湯を高効率でつくることができる超臨界サイクルヒートポンプ給湯機では、ヒートポンプサイクル安定時の吐出温度は100℃〜120℃であり、その時の圧縮機内のモータコイル温度は更に高温である。ここに、前述の運転起動時の吐出温度のオーバーシュートが加わると、圧縮機内は更に高温環境下にさらされることになり、高温によるモーターコイルの絶縁性能劣化や圧縮機摺動部分の焼き付きなど、圧縮機の信頼性を損なう恐れがあり、最悪の場合、圧縮機の破損に繋がる恐れがあるという課題を有していた。 When this discharge temperature overshoot becomes large, there is a risk of adversely affecting the reliability of the compressor in a refrigeration cycle that employs a high-pressure shell type compressor and has a high discharge temperature during operation. For example, in a supercritical cycle heat pump water heater that can produce hot (90 ° C.) hot water with high efficiency, the discharge temperature when the heat pump cycle is stable is 100 ° C. to 120 ° C., and the motor coil temperature in the compressor at that time is Furthermore, the temperature is high. If the discharge temperature overshoot at the start of operation described above is added, the inside of the compressor will be exposed to a higher temperature environment, deterioration of the insulation performance of the motor coil due to high temperature, seizure of the compressor sliding part, etc. There is a possibility that the reliability of the compressor may be impaired, and in the worst case, the compressor may be damaged.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止できるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a heat pump device that can prevent an overshoot of a discharge temperature at the time of starting operation.
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、圧縮機とガスクーラと膨張弁と熱交換器を環状に接続した冷媒回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサーと、前記圧縮機の運転起動時における吐出温度を目標吐出温度よりも低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段とを備えたヒートポンプ装置とするものである。 In order to solve the conventional problems, a heat pump device according to the present invention includes a refrigerant circuit in which a compressor, a gas cooler, an expansion valve, and a heat exchanger are connected in an annular shape, and a discharge temperature sensor that detects a discharge refrigerant temperature of the compressor. And a discharge temperature control means for stabilizing the discharge temperature at the start of operation of the compressor to the target discharge temperature after substantially stabilizing the discharge temperature to an initial discharge temperature lower than the target discharge temperature.
これにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができる。 Thereby, the overshoot of the discharge temperature at the time of starting operation can be prevented.
本発明のヒートポンプ装置は、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができ、圧縮機の信頼性向上を図ることができる。 The heat pump device of the present invention can prevent overshoot of the discharge temperature at the start of operation, and can improve the reliability of the compressor.
第1の発明は、圧縮機とガスクーラと膨張弁と熱交換器を環状に接続した冷媒回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサーと、前記圧縮機の運転起動時における吐出温度を目標吐出温度よりも低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段とを備えたことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができ、圧縮機の信頼性向上を図ることができる。 A first invention includes a refrigerant circuit in which a compressor, a gas cooler, an expansion valve, and a heat exchanger are connected in an annular shape, a discharge temperature sensor that detects a discharge refrigerant temperature of the compressor, and a discharge when the compressor is started up. By providing the discharge temperature control means for stabilizing the temperature to the target discharge temperature after substantially stabilizing the temperature to the initial discharge temperature lower than the target discharge temperature, it is possible to prevent overshoot of the discharge temperature at the start of operation, It is possible to improve the reliability of the compressor.
第2の発明は、特に、第1の発明のヒートポンプ装置の初期吐出温度と目標吐出温度との温度差を3Kから5Kの間の値に設定したことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止しながら、かつ、ヒートポンプサイクルの起動を速やかに行うことができる。 In the second invention, in particular, by setting the temperature difference between the initial discharge temperature and the target discharge temperature of the heat pump device of the first invention to a value between 3K and 5K, the discharge temperature overshoot at the start of operation In addition, the heat pump cycle can be quickly started up.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明のヒートポンプ装置において、初期吐出温度に略安定させる時間を5分から10分の間の値に設定したことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止しながら、かつ、ヒートポンプサイクルの起動を速やかに行うことができる。 In the heat pump device of the first or second invention, the third aspect of the invention is that the discharge temperature at the start-up of the operation is set by setting the time for substantially stabilizing the initial discharge temperature to a value between 5 minutes and 10 minutes. The heat pump cycle can be quickly activated while preventing overshoot.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明のヒートポンプ装置における冷媒回路を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたことにより、臨界圧力以上に昇圧された冷媒でガスクーラの水または空気を加熱することで、ガスクーラ内の冷媒は、臨界圧力以上に加圧されているのでガスクーラの水または空気により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、ガスクーラの全域で冷媒と水または空気との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯(約90℃)または空気が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。 In the fourth aspect of the invention, in particular, the refrigerant circuit in the heat pump device according to any one of the first to third aspects of the invention is supercritical heat pump cycle in which the pressure of the refrigerant is equal to or higher than the critical pressure, so that the pressure is increased to the critical pressure or higher. By heating the water or air of the gas cooler with the refrigerant, the refrigerant in the gas cooler is pressurized above the critical pressure, so it can condense even if the temperature drops due to heat being taken away by the water or air of the gas cooler. Absent. Therefore, it becomes easy to form a temperature difference between the refrigerant and water or air in the entire area of the gas cooler, and hot water (about 90 ° C.) or air can be obtained, and the heat exchange efficiency can be increased.
第5の発明は、特に、第4の発明のヒートポンプ装置の冷媒を二酸化炭素としたもので、二酸化炭素冷媒は比較的安価でかつ安定であるため製品コストを抑えるとともに信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒HFC−407Cの約1700分の1と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the refrigerant of the heat pump device of the fourth aspect is carbon dioxide. Since the carbon dioxide refrigerant is relatively inexpensive and stable, the product cost can be reduced and the reliability can be improved. it can. In addition, carbon dioxide has an ozone depletion coefficient of zero and a global warming coefficient of about 1/700 of the alternative refrigerant HFC-407C, which is very small.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態のヒートポンプ装置をヒートポンプ給湯機に適用したものの構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of the heat pump device according to the first embodiment of the present invention applied to a heat pump water heater.
図1において、ヒートポンプユニット16は、圧縮機11、ガスクーラの冷媒側配管12、電動膨張弁13、室外熱交換器14を環状に接続した冷媒回路から構成されており、圧縮機11の吐出側配管途中には、圧縮機吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサーが設置されている。吐出温度制御手段23は、ヒートポンプユニット16運転時における圧縮機11の吐出冷媒温度が所定の温度になるように、電動膨張弁13の開度を制御するものである。
In FIG. 1, the
また、タンクユニット22は、貯湯タンク17、循環ポンプ18、ガスクーラの水側配管19を環状に接続した給湯回路と、ガスクーラの水側配管19の入口温度を検出する入水温度センサー20と、ガスクーラの水側配管19の出口温度を検出する出湯温度センサー21とから構成されている。貯湯タンク17内の水は循環ポンプ18によってガスクーラの水側配管19に搬送され、ここでガスクーラの冷媒側配管12内の高温冷媒と熱交換して高温の湯に加熱される。なお、出湯温度の制御は、循環ポンプ18の流量を増減させることにより行っている。
The
以上のように構成されたヒートポンプ装置について、以下その動作、作用を説明する。図2は、本発明の第1の実施の形態のヒートポンプ装置の制御を説明するフローチャートである。本発明の第1の実施の形態のヒートポンプ装置では、目標出湯温度を90℃、目標吐出温度を110℃に設定した場合について説明する。 About the heat pump apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. FIG. 2 is a flowchart illustrating control of the heat pump apparatus according to the first embodiment of this invention. In the heat pump device according to the first embodiment of the present invention, a case where the target hot water temperature is set to 90 ° C. and the target discharge temperature is set to 110 ° C. will be described.
図2において、沸き上げ運転指示がなされると、STEP1では圧縮機11の運転周波数,電動膨張弁13の開度,循環ポンプ18の流量などが設定され、運転を起動する。次にSTEP2では吐出温度制御手段23により、吐出温度センサー15の検出値が初期吐出温度となるよう、電動膨張弁13の開度を制御する。ここで、初期吐出温度は目標吐出温度よりも低く設定されており、その温度差は、3Kから5Kの間の値とするのがよい。これは、まず、吐出温度センサー15の精度面から温度差が3K未満では初期吐出温度と目標吐出温度との有意差がなくなる。また、温度差を5Kよりも大きくとると、制御目標が初期吐出温度から目標吐出温度に移行する際の変化幅が大きくなるため、目標吐出温度に対してオーバーシュートを生じる可能性があるためである。本実施例では、初期目標吐出温度を105℃(目標吐出温度110℃に対して5K低い値)に設定している。運転起動後に吐出温度は上昇し、やがて初期吐出温度を少し越えた後に低下して105℃に安定する。この時、目標吐出温度の110℃を越えることはない。
In FIG. 2, when a boiling operation instruction is given, in
そして、STEP3では、吐出温度センサー15の検出値が105℃±1Kに収まっている場合を略安定と判断し、この略安定保持時間が10分以上になるとSTEP4に移行して、吐出温度センサー15の検出値が目標吐出温度(110℃)となるよう、電動膨張弁13の開度を制御する。この時、初期吐出温度(105℃)から目標吐出温度(110℃)への変化幅が5Kと比較的小さいため、吐出温度のオーバーシュート、即ち吐出温度センサー15の検出値が目標吐出温度の110℃を越えることを防止できる。
In STEP 3, the case where the detected value of the
従って、圧縮機11の異常な温度上昇を防止でき、信頼性の向上を図ることができる。
Therefore, the abnormal temperature rise of the
以上のように、本実施の形態においては、圧縮機11の運転起動時における吐出温度を、目標吐出温度よりも若干低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段23を備えたことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができ、圧縮機11の信頼性向上を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the discharge temperature control means for stabilizing the discharge temperature at the start of operation of the
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、特に高圧シェル型の圧縮機を搭載した蒸気圧縮式冷凍サイクルに対しての適用が有効である。また、本発明のヒートポンプ装置は、給湯機の他に、エアコン、冷蔵庫等にも利用可能である。 As described above, the heat pump device according to the present invention is particularly effective when applied to a vapor compression refrigeration cycle equipped with a high-pressure shell type compressor. Moreover, the heat pump apparatus of this invention can be utilized for an air-conditioner, a refrigerator, etc. other than a water heater.
11 圧縮機
12 ガスクーラの冷媒側配管
13 電動膨張弁
14 室外熱交換器
15 吐出温度センサー
16 ヒートポンプユニット
17 貯湯タンク
18 循環ポンプ
19 ガスクーラの水側配管
20 入水温度センサー
21 出湯温度センサー
22 タンクユニット
23 吐出温度制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The heat pump device according to claim 4, wherein the refrigerant is carbon dioxide.
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