JP2005147607A - ヒートポンプ装置の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜運転前の急激な圧力変動を抑制し、圧縮機メカ磨耗や圧縮機モータの脱調を防止すること。
【解決手段】圧縮機１１、給湯熱交換器１２、減圧装置１３、熱源側熱交換器１４を冷媒配管１５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、除霜運転前に前記圧縮機の運転周波数が下降した場合には、前記減圧装置の弁開度を除霜運転が開始するまで一定時間保持することにより急激な圧力の減少を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明にかかる運転制御方法は、除霜運転前の圧縮機運転周波数及び膨張弁開度変更時の急激な圧力変動を緩和し、圧縮機の保護を実現し、特に臨界圧力以上まで加圧されるヒートポンプ給湯機や各種ヒートポンプ装置への利用として有用である。

従来の技術として、図１１は、ヒートポンプシステムの除霜運転前の動作についてのフローチャートである。このシステムは、暖房運転中、除霜条件成立後、電気式膨張弁を全開にするものである（例えば特許文献１参照）。
特公平６−２１７２６号公報

ところが、臨界圧力以上を加圧するシステムの場合、従来のシステムでは、除霜条件成立後に電気式膨張弁の全開、そして急激な開度変更は、圧縮機の吸入及び吐出圧力の急激な変動を伴うため、圧縮機メカ磨耗や圧縮機モータの脱調が発生し、ヒートポンプシステムとしての機能損失の要因となっている。

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運転制御方法は、インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成され、前記減圧装置の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記インバータ式圧縮機の運転周波数、前記減圧装置の弁開度を制御するマイクロコンピュータとを備え、使用される冷媒はＣＯ２であるとともに、前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記インバータ式圧縮機の運転周波数に基づいて、前記減圧装置の弁開度を調整することを特徴としたものである。請求項２記載の本発明のヒートポンプ装置の運転制御方法は、インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成され、前記減圧装置の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記圧縮機から吐出させた冷媒の温度を検出する吐出温度温度検出手段と、前記熱源側熱交換器の除霜運転の要否を決定するために熱源側熱交換器の温度を検出する熱源側熱交換器温度検出手段と、前記インバータ式圧縮機の運転周波数と、前記吐出温度検出手段からの出力値である吐出温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度とを制御するマイクロコンピュータを備え、前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が下降した場合には、前記減圧装置の弁開度を一定時間保持し、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が同等または上昇した場合には、前記減圧装置の弁開度を開くことを特徴とする。

請求項３記載の本発明のヒートポンプ装置の運転制御方法は、前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記ポンプの回転数を一定時間保持させることを特徴とする。

請求項４記載の本発明のヒートポンプ装置の運転制御方法は、前記ヒートポンプ装置に使用される冷媒は、ＣＯ２であり、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が下降した場合には、前記圧縮機から吐出された冷媒圧力の変化速度が０．２ＭＰａ／ｓｅｃ以下となるように前記減圧装置の弁開度を所定量開くことを特徴とする。

本発明のヒートポンプ装置の運転制御は、圧縮機運転周波数及び膨張弁開度変更時の急激な圧力変動を緩和し、圧縮機のメカ磨耗等の保護及び圧縮機モータ脱調回避が可能となる。

第１の発明は、インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成され、前記減圧装置の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記インバータ式圧縮機の運転周波数、前記減圧装置の弁開度を制御するマイクロコンピュータとを備え、使用される冷媒はＣＯ２であるとともに、前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記インバータ式圧縮機の運転周波数に基づいて、前記減圧装置の弁開度を調整することを特徴としたもので、給湯または暖房運転時の吐出圧力の上昇を防止することで設計圧力を超える運転回避や圧縮機モータ過電流を防ぐことが可能である。第２の発明は、インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成され、前記減圧装置の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルにおいて、前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が下降した場合には、前記減圧装置の弁開度を一定時間保持することにより、急激な圧力低下を防止し圧縮機モータの脱調を回避可能であり、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が同等または上昇した場合には、前記減圧装置の弁開度を開くことにより、給湯または暖房運転時の吐出圧力の上昇を防止することで設計圧力を超える運転回避や圧縮機モータ過電流を防ぐことが可能である。

第３の発明は、特に、第２の発明の前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記ポンプの回転数を一定時間保持させることにより、前記貯湯槽に送る出湯温度を低下させず、更に給湯熱交換器の温度低下を抑制するため、蓄熱量が大きく除霜運転時間の短縮が可能である。

第４の発明は、特に第２または第３の発明のヒートポンプシステムにおいて使用される冷媒がＣＯ２であり、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が下降した場合には、前記圧縮機から吐出された冷媒圧力の変化速度が０．２ＭＰａ／ｓｅｃ以下となるように前記減圧装置の弁開度を所定量開くことにより、除霜運転前と除霜運転直後の急激な圧力変化により発生する圧縮機モータの脱調や圧縮機及び冷凍サイクル部品のストレスを防止長寿命化が可能となる。

（実施の形態１）
図１及び図２は、第１の実施例におけるヒートポンプ装置と運転制御を示したものである。図１は、インバータ式圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３、熱源用熱交換器１４を冷媒配管１５により環状に接続して構成され、前記減圧装置１３の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽１６と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管１８と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプ１７と、前記圧縮機から吐出させた冷媒の温度を検出する温度検出手段３１と、前記熱源側熱交換器の除霜条件を検出する温度検出手段３２と、前記インバータ式圧縮機の運転周波数と、前記吐出温度検出手段が所定の温度になるように前記減圧装置
の弁開度とを制御するマイクロコンピュータ３０で構成される。図２は、運転制御の全体構成図であり、前記減圧装置１３は、前記冷媒吐出温度検出手段３１を所望の温度に制御するため減圧装置制御手段３３により弁開度が制御される。また、前記除霜冷媒温度検出手段３２により前記減圧装置１３とインバータ圧縮機１１は、減圧装置制御手段３３及び圧縮機運転周波数制御手段３４により運転制御される。図３は、図１及び図２の動作を示すフローチャートであり、除霜運転前に前記インバータ式圧縮機１１の運転周波数が下降した場合には、前記減圧装置１３の弁開度を一定時間保持し、前記インバータ式圧縮機１１の運転周波数が同等または上昇した場合には、前記減圧装置１３の弁開度を開くものである。

次に、本実施例の作用を説明する。図４及び図５は、各運転モードにおける圧縮機及び減圧装置の動作と吐出冷媒温度及び吐出圧力の動作を従来技術と本実施例で比較した説明図である。これによれば、本実施例の運転制御は、図４より、除霜運転前に圧縮機運転周波数が下降する場合、給湯運転最後の減圧装置弁開度を保持するため、従来技術のような急激な圧力低下が発生しないため圧縮機モータの脱調を防止し、除霜運転への移行が可能となる。除霜運転前の圧縮機停止は、再び起動するために時間を要すると共に圧縮機熱容量が減少するため長時間の除霜運転が必要になり給湯効率が悪化すると共に、除霜の溶け残り発生により室外機基板への氷成長や異常音異常振動の発生要因となる。したがって、本実施例の運転制御は、除霜運転前に圧縮機運転周波数が同等または上昇する場合、給湯運転最後の減圧装置弁開度に所定量開度αを加算することにより、設計圧力を超過する吐出冷媒圧力上昇を防止し、圧縮機モータ過電流による圧縮機停止を防止できる。

（実施の形態２）
図６及び図７は、第２の実施例におけるヒートポンプ装置の運転制御を示したものである。図６は、第２の実施例における運転制御の全体構成図であり、前記除霜冷媒温度検出手段３２により前記ポンプ１７は、ポンプ回転数制御手段３４により運転制御される。図７は、第２の実施例における動作を示すフローチャートであり、除霜運転を行う前に、給湯運転最後の前記ポンプ１７の回転数を一定時間保持させるものである。

次に、本実施例の作用について説明する。図８は、各運転モードにおけるポンプ、圧縮機及び減圧装置及びの動作と吐出冷媒温度及び吐出圧力の動作説明図である。これによれば、本実施例の運転制御は、除霜運転前にポンプ回転数４６を保持するため、前記貯湯槽１６に送る出湯温度を可能な限り低下させず、更に給湯熱交換器の温度低下を抑制するため、蓄熱量が大きく除霜運転時間の短縮が可能である。

（実施の形態３）
図９は、第３の実施例におけるヒートポンプ装置の運転制御動作を示すフローチャートである。これより、除霜運転前に前記インバータ式圧縮機１１の運転周波数が下降した場合には、前記圧縮機１１から吐出された冷媒圧力の変化速度が０．２ＭＰａ／ｓｅｃ以下となるように前記減圧装置１３の弁開度を所定量β開くものである。

次に、本実施例における作用について説明する。図１０は、各運転モードにおける圧縮機及び減圧装置の動作と吐出冷媒温度及び吐出圧力の動作を第1の実施例と本実施例で比
較した説明図である。図１０より、使用する冷媒が臨界圧力以上を加圧するＣＯ２の場合、本施例の運転制御は、除霜運転前に圧縮機運転周波数が下降する場合、、前記圧縮機１１から吐出された冷媒圧力の変化速度が０．２ＭＰａ／ｓｅｃ以下となるように前記減圧装置１３の弁開度を所定量β開くことにより、除霜準備４１における圧縮機モータ脱調を防止し、更に除霜運転直後の圧力変動を第１の実施例より少なくすることができるため、圧縮機や冷凍サイクル部品へのストレスを抑制し、部品寿命を延ばすことが可能となる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の冷媒回路図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の運転制御全体構成図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の運転制御フローチャート 本発明の実施の形態１における除霜運転前に圧縮機運転周波数が下降する場合の運転動作説明図 本発明の実施の形態１における除霜運転前に圧縮機運転周波数が同等または上昇する場合の運転動作説明図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の運転制御全体構成図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の運転制御フローチャート 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の運転動作説明図 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の運転制御フローチャート 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の運転動作説明図 従来の実施例におけるヒートポンプ装置の運転制御フローチャート

符号の説明

１１ 圧縮機
１２ 給湯熱交換器
１３ 減圧装置（電気式膨張弁）
１４ 熱源側熱交換器
１５ 冷媒配管
１６ 貯湯槽
１７ ポンプ（ウォータポンプ）
１８ 液体配管
１９ ファン
２０ ファンファンモータ
３０ マイクロコンピュータ
３１ 吐出冷媒温度検出手段
３２ 除霜冷媒温度検出手段
３３ 減圧装置制御手段
３４ 圧縮機運転周波数制御手段
３５ ポンプ回転数制御手段

Claims (3)

1. インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成され、前記減圧装置の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記圧縮機から吐出させた冷媒の温度を検出する吐出温度温度検出手段と、前記熱源側熱交換器の除霜運転の要否を決定するために熱源側熱交換器の温度を検出する熱源側熱交換器温度検出手段と、前記インバータ式圧縮機の運転周波数と、前記吐出温度検出手段からの出力値である吐出温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度とを制御するマイクロコンピュータを備え、前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が下降した場合には、前記減圧装置の弁開度を一定時間保持し、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が同等または上昇した場合には、前記減圧装置の弁開度を開くことを特徴としたヒートポンプ式給湯機の運転制御方法。
2. 前記熱源用熱交換器の除霜運転を行う前に、前記ポンプの回転数を一定時間保持させることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置の運転制御方法。
3. 前記ヒートポンプ装置に使用される冷媒は、ＣＯ２であり、前記インバータ式圧縮機の運転周波数が下降した場合には、前記圧縮機から吐出された冷媒圧力の変化速度が０．２ＭＰａ／ｓｅｃ以下となるように前記減圧装置の弁開度を所定量開くことを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ装置の運転制御方法。

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