JP2013072579A - ヒートポンプの運転方法およびヒートポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな方法でありながら、外気温が低い冬期であっても、冷媒漏れの誤判断をすることなく運転を開始することができるヒートポンプの運転方法を提供する。
【解決手段】
冷媒圧力を監視して許容最低圧力を下回ったことを検出したら運転を停止するようになっているヒートポンプ（１）において、運転開始時にこの監視を所定時間停止するようにする。具体的には、運転を開始するとき、所定の開始時間（２１）内に冷媒圧力が許容最低圧力（２３）を下回ったとしても、冷媒圧力が許容最低圧力（２３）に低下した時点（２２）から所定の監視停止時間（２４）だけ冷媒圧力を監視しないようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、運転の開始方法に特徴を有するヒートポンプの運転方法、およびヒートポンプに関するものであり、限定するものではないが、冬期に冷房するときに特に有用な、運転開始時の運転方法に特徴を有するヒートポンプの運転方法、およびヒートポンプに関するものである。

ヒートポンプは従来周知のように、互いに冷媒管によって接続された圧縮機、第１、２の熱交換器、膨張弁等から構成され、内部にはノンフロン系、二酸化炭素、アンモニア等の冷媒が封入されている。従って圧縮機を起動して冷媒を第１の熱交換器、膨張弁、第２の熱交換器、圧縮機の順に循環させると、冷媒は第１の熱交換器において気体から液体へ、第２の熱交換器において液体から気体へと状態変化する。すなわち第１の熱交換器は凝縮器として作用して熱が外部に放出され、第２の熱交換器は蒸発器として作用して外部から熱が吸収される。第１の熱交換器は外気と熱交換させるようにし、第２の熱交換器は屋内を循環する冷暖房用循環水と熱交換させるようにすると、外気に熱を排出して冷暖房用循環水を冷却して冷房運転をすることができる。そして、ほとんどのヒートポンプにおいては冷媒管に四方弁が設けられており、冷媒の流れを切り換えて冷房運転と暖房運転を切り換えることができるようになっている。

ヒートポンプにおいては発生し得る色々な異常に対して、これらを検出する手段が設けられ、異常が検出されたら必要に応じてヒートポンプを停止したり、低出力運転に切り換えたりして各機器が故障しないように保護している。検出すべき異常の一つとして冷媒漏れを挙げることができる。冷媒漏れによってヒートポンプ内の冷媒量が少ないときに圧縮機を駆動すると圧縮機を傷めてしまうので、冷媒漏れが発生したらこれを確実に検出してヒートポンプを停止する必要がある。引用文献１には、所定の冷媒管位置において冷媒の圧力を監視して、設定された値以下の圧力を検出したら冷媒漏れが発生したと判断し、運転を停止したり冷媒を所定の機器に回収するヒートポンプの運転方法が記載されている。また、引用文献２や引用文献３には、冷媒の圧力を監視すると共に冷媒の温度も監視して、所定の条件になったら冷媒漏れが発生したと判断するヒートポンプの運転方法が記載されている。冷媒の飽和温度は冷媒の圧力によって変化するが、所定の圧力における飽和温度を超えたときに冷媒漏れが発生したと判断する方法である。

特開平６−７４６２１号公報 特開平７−２９４０７３号公報 特開平５−１９６３０８号公報

特許文献１〜３に記載のそれぞれの方法によっても、冷媒漏れを検出することができるのでヒートポンプを適切に保護することはできる。しかしながら、特定の状況においては冷媒漏れが発生していなくても、冷媒漏れであると誤判断されることがあり冷房運転できない場合がある。具体的には、冬期に冷房運転をする場合等に発生する。ショッピングモール、百貨店、イベントホール等においては室温が適温に制御されているが、利用者が多いと冬期であっても冷房する必要がある。ところで冬期は外気温が低いので、ヒートポンプの運転開始後しばらくの間は、冷媒の温度は低く冷媒圧力は低い。従って特許文献１に記載の方法で運転を開始すると、異常が発生していないにも拘わらず、冷媒圧力が低いので冷媒漏れが発生したと誤判断されることになる。本来は、ある程度運転を継続すれば冷媒の温度が上昇して冷媒圧力が安定するので問題なく運転できるはずである。しかしながら冷媒漏れであると誤判断されるので警報が出力されてヒートポンプを運転できないことになる。特許文献２や特許文献３に記載の方法は冷媒の圧力と温度とから判断するので定常状態における異常の検出はより正確にできる。しかしながらこれらの方法によっても問題は解決されない。すなわちヒートポンプの運転を開始して、安定した定常状態に移行するまでは、ヒートポンプ内における冷媒は安定していないので、検出される圧力と温度が必ずしも正確な冷媒の状態を表しているとは言えない。従って冷媒漏れが発生したと誤判断してヒートポンプを停止してしまう可能性がある。また特許文献２や特許文献３に記載の方法は、圧力と温度を組み合わせて異常を判断しているので、考慮すべきデータが多く複雑であるという問題もある。

本発明は、上記したような問題点を解決したヒートポンプの運転方法、およびヒートポンプを提供することを目的としており、具体的には、シンプルな方法でありながら、外気温が低い冬期であっても、冷媒漏れの誤判断をすることなく運転を開始することができるヒートポンプの運転方法、およびそのような運転方法を実施するヒートポンプを提供することを目的としている。

冷媒圧力を監視して許容最低圧力を下回ったことを検出したら運転を停止するようになっているヒートポンプにおいて、運転開始時にこの監視を所定時間停止するようにする。具体的には、運転を開始するとき、所定の開始時間内に冷媒圧力が許容最低圧力を下回ったとしても、冷媒圧力が許容最低圧力に低下した時点から所定の監視停止時間だけ冷媒圧力を監視しないようにする。

かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、冷媒圧力を監視して許容最低圧力を下回ったことを検出したら運転を停止するようになっているヒートポンプにおいて、運転を開始するとき、所定の開始時間内に前記冷媒圧力が前記許容最低圧力を下回った場合には、前記冷媒圧力が前記許容最低圧力に低下した時点から所定の監視停止時間だけ前記冷媒圧力の監視を停止することを特徴とするヒートポンプの運転方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の運転方法において、前記監視する冷媒圧力は、前記ヒートポンプの圧縮機における吸入側の圧力であるように構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のヒートポンプにおいて、前記開始する運転は冷房運転であるように構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載のヒートポンプ運転方法を実施するヒートポンプとして構成される。

以上のように本発明によると、冷媒圧力を監視して許容最低圧力を下回ったことを検出したら運転を停止するようになっているヒートポンプを対象としているので、冷媒圧力を監視するというシンプルな方法によって冷媒漏れを検出して圧縮機を保護できる。そしてこのヒートポンプにおいて運転を開始するとき、所定の開始時間内に冷媒圧力が許容最低圧力を下回った場合には、冷媒圧力が許容最低圧力に低下した時点から所定の監視停止時間だけ前記冷媒圧力の監視を停止するように構成されている。従って外気温が低い等の理由によって運転開始直後に冷媒圧力が低くても、誤って冷媒漏れであると判断することなく、監視停止時間の間だけはヒートポンプを運転することができる。運転を継続しているうちに、冷媒温度が上昇して冷媒圧力は正常値に戻るので、監視停止時間後もヒートポンプを継続して運転することができる。つまり監視を所定の時間停止するだけというシンプルな方法によって冷媒漏れの誤判断を確実に防止することができる。万一冷媒漏れが発生していたとしても、圧縮機を駆動するのは監視停止時間だけであり、その後冷媒圧力が許容最低圧力を下回っていることを検出して速やかに運転を停止する。従って圧縮機を傷めることもない。また他の発明によると監視する冷媒圧力は、ヒートポンプの圧縮機における吸入側の圧力であるので、冷媒圧力の低下を正確に検出することができ、冷媒漏れ発生時に確実にこれを検出することができる。そして他の発明によると、前記開始する運転は冷房運転であるので、冷房漏れの誤判断によって運転できなくなることが多い冬期においても、誤判断することなく適切に冷房運転できることが保障される。

本発明の実施の形態に係るヒートポンプを模式的に示す冷媒配管フロー図である。 本発明の実施の形態に係るヒートポンプの運転方法を模式的に説明するグラフである。

本発明はヒートポンプの運転方法に関するものであり、ほとんどのヒートポンプに適用することができる。例えば次に説明するように、熱交換器を２個だけ備えたシンプルな冷房運転専用のヒートポンプにも適用することもできるし、３個以上の熱交換器と切換弁とを備え、冷媒の流路を切り変えて冷媒を流す熱交換器を適宜選択して、冷暖房、給湯、あるいは床暖房を切換運転することができる複雑なヒートポンプにも適用することができる。以下、図１に示されているヒートポンプ１を例に説明する。

本実施の形態に係るヒートポンプ１は冷房用のヒートポンプとして構成されており、従来のヒートポンプと同様に、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機２と、この圧縮機２から吐出される冷媒を凝縮させて外部に熱を放出する凝縮器３と、この凝縮器３の下流において冷媒の圧力を低下させる膨張弁５と、膨張弁５の下流で冷媒を気化させて外部から熱を吸収する蒸発器６と、この蒸発器６から流れる冷媒を気液分離して気体の冷媒を圧縮機２に供給するアキュムレータ８とから構成され、これらの機器は冷媒管Ｒ１〜Ｒ５によって接続されている。凝縮器３は室外機として屋外に設けられ外気と熱交換するためにファン９が設けられている。蒸発器６には、室内を循環している冷房用冷水管１１が設けられ、管内を流れる冷却水と熱交換するようになっている。そしてヒートポンプ１内には所定量の冷媒が入れられており、前記した各機器は図１に示されていないコントローラからの指令によって駆動されるようになっている。従ってコントローラの指令によって圧縮機２を駆動すると、アキュムレータ８から供給される冷媒は圧縮機２で圧縮されて凝縮器３に供給される。冷媒は凝縮器３において凝縮して潜熱を発生し、熱を外気に放出する。液化した冷媒は膨張弁５を通って減圧され、蒸発器６に送られる。蒸発器６において冷媒が気化するときに冷水から熱エネルギを吸収するので冷水は冷却される。すなわち室内を冷房することができる。気化した冷媒はアキュムレータ８に送られ、再び圧縮機２によって圧縮される。

本実施の形態に係るヒートポンプ１においても従来のヒートポンプと同様に、冷媒圧力を計測する圧力センサ１４が設けられている。この圧力センサ１４によって検出された圧力はコントローラに送られて監視されている。すなわち冷媒圧力が許容最大圧力を超えた場合には、いわゆるスーパーヒートが発生したと判断してヒートポンプ１を停止して圧縮機２を保護する。あるいは圧縮機２の回転速度を低下させる等の所定の安全措置を採る。また許容最低圧力を下回った場合には、冷媒漏れが発生したものと判断する。この場合にもヒートポンプ１を停止させて圧縮機２を保護する必要があるが、運転開始直後には冷媒の状態が安定していない場合もあるので冷媒漏れが発生していなくても冷媒圧力が一時的に許容最低圧力を下回ることがある。

図２には、冬期にヒートポンプ１の運転を開始したときの、冷媒圧力の変化が示されている。冷房運転の開始時点２０においては、冷媒圧力は例えば０．６ＭＰａであるが、短時間に冷媒圧力は低下して許容最低圧力２３、例えば０．１ＭＰａを下回ってしまう。しかしながらヒートポンプ１を運転し続けると、冷媒の温度は少しずつ上昇し、やがて冷媒圧力も上昇する。そうすると冷媒圧力は許容最低圧力２３よりも高くなる。本実施の形態に係るヒートポンプ１においては運転開始時に、所定の条件の下、冷媒圧力の監視を一定時間だけ停止して、冷媒漏れの誤判断を防止するようになっている。具体的には、運転開始後の所定の時間、すなわち仮監視時間２１内において冷媒圧力が許容最低圧力２３に低下したら、冷媒圧力が許容最低圧力２３になった時点２２から所定の時間、すなわち監視停止時間２４だけ冷媒圧力の監視を停止するようにする。図２には、冷媒圧力が許容最低圧力２３になった時点２２から監視停止時間２４経過した時点２５において、冷媒圧力が許容最低圧力２３以上になっていることが示されている。従って、監視停止時間２４経過後に冷媒圧力の監視を再開２５しても、検出される冷媒圧力は正常であるので問題なく運転を継続することができる。冷媒漏れが発生した場合には、監視停止時間２４経過後も冷媒圧力は許容最低圧力２３以下である。この場合コントローラからの指令によって圧縮機２は停止してヒートポンプ１は運転を停止する。圧縮機２は保護される。

上記した説明においては、冷房運転の運転開始時に関して説明したが、暖房運転することができるヒートポンプにおいて暖房運転を開始する場合にも適用することができる。すなわち運転開始時に冷媒温度が低下している場合には冷媒圧力が低いので、同様の方法によって所定の時間だけ冷媒圧力の監視を停止する。そうすると冷媒漏れの誤判断を防止することができ、適切にヒートポンプを運転することができる。本実施の形態においては圧力センサ１３は圧縮機２の吸入側に設けられているが、他の冷媒管に設けられていてもいいし、複数個の圧力センサが設けられていてもよい。

１ ヒートポンプ ２ 圧縮機
３ 凝縮器 ５ 膨張弁
６ 蒸発器 ８ アキュムレータ
１３ 圧力センサ
Ｒ１〜Ｒ５ 冷媒管

Claims (4)

1. 冷媒圧力を監視して許容最低圧力を下回ったことを検出したら運転を停止するようになっているヒートポンプにおいて、
   運転を開始するとき、所定の開始時間内に前記冷媒圧力が前記許容最低圧力を下回った場合には、前記冷媒圧力が前記許容最低圧力に低下した時点から所定の監視停止時間だけ前記冷媒圧力の監視を停止することを特徴とするヒートポンプの運転方法。
2. 請求項１に記載の運転方法において、前記監視する冷媒圧力は、前記ヒートポンプの圧縮機における吸入側の圧力であることを特徴とするヒートポンプの運転方法。
3. 請求項１または２に記載のヒートポンプにおいて、前記開始する運転は冷房運転であることを特徴とするヒートポンプ運転方法。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載のヒートポンプ運転方法を実施するヒートポンプ。

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