JP2014070855A - Heat pump device - Google Patents
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Description
暖房用のヒートポンプ装置に関する技術が以下に開示される。 The technique regarding the heat pump apparatus for heating is disclosed below.
近年、冷媒を循環させる冷凍サイクルを、暖房用の温水(熱媒)を生成するヒートポンプユニットとして利用するヒートポンプ装置が普及している。この種のヒートポンプ装置では、外気から冷媒へ採熱する蒸発器で霜が成長し、熱交換能力の低下を招くので、その霜を取り除くデフロスト運転(除霜運転)が所定のタイミングで実行される。このデフロスト運転では、例えば特許文献1に開示されるように、ヒートポンプユニットの冷凍サイクルを逆転させて冷媒を循環させ、冷媒をホットガスとして蒸発器へ送り込むことで除霜が行われる。
2. Description of the Related Art In recent years, heat pump devices that use a refrigeration cycle that circulates refrigerant as a heat pump unit that generates hot water (heating medium) for heating have become widespread. In this type of heat pump device, frost grows in the evaporator that collects heat from the outside air to the refrigerant, leading to a decrease in heat exchange capacity. Therefore, a defrost operation (defrost operation) for removing the frost is performed at a predetermined timing. . In this defrost operation, for example, as disclosed in
デフロスト運転は、暖房運転中に所定の条件が成立すると実行され、その間は温水循環が止められて暖房が止まるので、極力短く終わらせる方が好ましい。特許文献1のデフロスト運転では、最短で、蒸発器の入り口での冷媒温度が第2の基準温度(5℃)を越えた場合に除霜処理終了と判断される(特許文献1の段落0029)。しかし、氷点下の外気温度では、蒸発器までホットガスが到達する間に配管からの放熱もあり、霜を溶かすために必要な融解潜熱が多く、ホットガスの温度低下が速い。このため、デフロスト運転終了の条件が成立するのに時間がかかる。この点に着目すると、ヒートポンプ装置において、デフロスト運転を早く終了させるべく改善が望まれる。
The defrost operation is executed when a predetermined condition is satisfied during the heating operation, and during that period, the hot water circulation is stopped and the heating is stopped. Therefore, it is preferable to end the defrost operation as short as possible. In the defrost operation of
当課題を解決するべく、圧縮機、熱媒−冷媒熱交換器、膨張弁及び蒸発器の順に冷媒が循環するヒートポンプユニットと、前記熱媒−冷媒熱交換器で熱交換した熱媒を貯留するタンクと、前記タンクの熱媒を負荷へ通し、前記熱媒−冷媒熱交換器へ循環させる循環ポンプと、を含んで構成されるヒートポンプ装置に関し、次の態様を提案する。 In order to solve this problem, a heat pump unit in which refrigerant circulates in the order of a compressor, a heat medium-refrigerant heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator, and a heat medium that exchanges heat with the heat medium-refrigerant heat exchanger are stored. The following aspect is proposed regarding the heat pump apparatus comprised including a tank and the circulation pump which lets the heating medium of the said tank pass to a load, and circulates to the said heating medium-refrigerant heat exchanger.
第1の態様では、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニット、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御する。
In the first aspect, it is determined whether the defrost start condition is satisfied, and when the defrost start condition is satisfied, the expansion valve is fully opened, the evaporation operation of the evaporator is stopped, and the heat medium circulation by the circulation pump is stopped. A defrost control unit for performing a defrost operation for circulating the refrigerant in a state,
When the defrost control unit has a predetermined temperature relationship between the refrigerant and the heat medium during the defrost operation, the circulation pump is configured to exchange heat between the refrigerant and the heat medium in the heat medium-refrigerant heat exchanger. To control.
第2の態様では、前記熱媒を、前記負荷を通さずに前記熱媒−冷媒熱交換器へ戻すために、開閉可能な負荷迂回路と、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる。
In the second aspect, in order to return the heat medium to the heat medium-refrigerant heat exchanger without passing through the load, when the open / close load detour and a defrost start condition are satisfied, the expansion valve A defrost control unit that performs a defrost operation in which the refrigerant is circulated in a state where the evaporator is fully opened and the evaporation operation of the evaporator is stopped and the heat medium circulation by the circulation pump is stopped.
When the defrost control unit has a predetermined temperature relationship between the refrigerant and the heat medium during the defrost operation, the circulation pump is configured to exchange heat between the refrigerant and the heat medium in the heat medium-refrigerant heat exchanger. And the load bypass circuit is opened.
第3の態様では、前記負荷から戻る前記熱媒を、前記熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する。
In a third aspect, in order to send the heat medium returning from the load to the tank without passing through the heat medium-refrigerant heat exchanger, a heat exchanger detour that can be opened and closed and a defrost start condition are established. When the defrost start condition is satisfied, a defrost operation is performed in which the expansion valve is fully opened, the evaporation operation of the evaporator is stopped, and the refrigerant is circulated in a state where the heat exchanger bypass is opened. A defrost control unit,
When the refrigerant and the heat medium are in a predetermined temperature relationship during the defrost operation, the defrost control unit performs heat exchange so that the refrigerant and the heat medium exchange heat with the heat medium-refrigerant heat exchanger. Close the device bypass.
さらに、より具体的な態様として、低元側圧縮機、低元側熱媒−冷媒熱交換器、カスケード熱交換器、低元側膨張弁及び低元側蒸発器の順に冷媒が循環する低元側ヒートポンプユニットと、高元側圧縮機、高元側熱媒−冷媒熱交換器、高元側膨張弁及び前記カスケード熱交換器の順に冷媒が循環する高元側ヒートポンプユニットと、負荷を通して熱媒を循環させる循環ポンプを有し、前記負荷からの戻り熱媒を前記低元側熱媒−冷媒熱交換器と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器とに分流させ、且つ、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器及び前記高元側熱媒−冷媒熱交換器を通過した各分流熱媒を合流させて合流タンクに貯留し、該合流タンクの熱媒を前記負荷へ送り出すように構成されると共に、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量とを調節する分流調節器を備えた負荷ユニットと、を含んで構成される二元型ヒートポンプ装置に関し、次の態様を提案する。 Furthermore, as a more specific aspect, the low-source side in which the refrigerant circulates in the order of the low-side compressor, the low-side heat medium-refrigerant heat exchanger, the cascade heat exchanger, the low-side expansion valve, and the low-side evaporator. -Side heat pump unit, high-side compressor, high-side heat medium-refrigerant heat exchanger, high-side expansion valve, and high-side heat pump unit in which the refrigerant circulates in this order, and the heat medium through the load The return heat medium from the load is divided into the low-source side heat medium-refrigerant heat exchanger and the high-source side heat medium-refrigerant heat exchanger, and the low element Each of the diverted heat media that have passed through the side heat medium-refrigerant heat exchanger and the high-source side heat medium-refrigerant heat exchanger are merged and stored in a merge tank, and the heat medium in the merge tank is sent to the load And the flow rate of the heat medium to the low-source heat medium-refrigerant heat exchanger High-stage-side heat medium - and load unit with a shunt regulator for regulating the heating medium component flow to the refrigerant heat exchanger relates to two yuan type heat pump device configured to include a proposes the following manner.
第4の態様では、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニット、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御する。
In the fourth aspect, it is determined whether the defrost start condition is satisfied, and when the defrost start condition is satisfied, the low-side expansion valve is fully opened and the evaporation operation of the low-side evaporator is stopped and the circulation pump is used. A defrost control unit for performing a defrost operation for circulating the refrigerant of the low-source side heat pump unit in a state where the heat medium circulation is stopped,
When the defrost control unit has a predetermined temperature relationship between the refrigerant and the heat medium during the defrost operation, the refrigerant and the heat medium exchange heat with the low-side heat medium-refrigerant heat exchanger. Control the shunt regulator and the circulation pump.
第5の態様では、前記熱媒を、前記負荷を通さずに前記低元側熱媒−冷媒熱交換器へ戻すために、開閉可能な負荷迂回路と、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる。
In the fifth aspect, in order to return the heat medium to the low-source-side heat medium-refrigerant heat exchanger without passing through the load, it is determined whether a detour start condition can be established and a load detour that can be opened and closed, When the defrost start condition is satisfied, the low-side expansion valve is fully opened, the evaporation operation of the low-side evaporator is stopped, and the heat medium circulation by the circulation pump is stopped. A defrost control unit that performs a defrost operation for circulating the refrigerant, and
When the defrost control unit has a predetermined temperature relationship between the refrigerant and the heat medium during the defrost operation, the refrigerant and the heat medium exchange heat with the low-side heat medium-refrigerant heat exchanger. The shunt regulator and the circulation pump are controlled and the load bypass circuit is opened.
第6の態様では、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器へ流れる熱媒を、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記合流タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する。
In the sixth aspect, the heat medium that flows to the low-source-side heat medium-refrigerant heat exchanger can be opened and closed in order to send the heat medium to the merging tank without passing through the low-element-side heat medium-refrigerant heat exchanger. When the defrost start condition is satisfied and the defrost start condition is satisfied, when the defrost start condition is satisfied, the low-side expansion valve is fully opened and the evaporation operation of the low-side evaporator is stopped and the heat exchanger A defrost control unit that performs a defrost operation for circulating the refrigerant of the low-source side heat pump unit in a state in which a bypass is opened, and
When the defrost control unit has a predetermined temperature relationship between the refrigerant and the heat medium in the low-side heat pump unit during the defrost operation, the low-side heat medium-refrigerant heat exchanger causes the refrigerant and the heat medium to flow. The heat exchanger bypass is closed to exchange heat.
上記提案に係るヒートポンプ装置によれば、デフロスト運転中に、ホットガスとして使用される冷媒へ熱媒の熱を回収することで、当該冷媒の温度低下を抑制することができる。すなわち、例えばデフロスト運転の後半で低下しつつある冷媒の温度を上げるように制御することができるので、デフロスト運転の時間を従来に比べて短縮することができる。 According to the heat pump device according to the above proposal, it is possible to suppress the temperature drop of the refrigerant by recovering the heat of the heat medium to the refrigerant used as the hot gas during the defrost operation. That is, for example, since it is possible to control the temperature of the refrigerant that is decreasing in the second half of the defrost operation, the time for the defrost operation can be shortened as compared with the conventional case.
図1は、ヒートポンプ装置の第1実施形態として、ヒートポンプユニット10、負荷ユニット20、及び制御ユニット30を含んで構成された単元型ヒートポンプ装置を示している。
FIG. 1 shows a unitary heat pump apparatus including a
ヒートポンプユニット10は、圧縮機11、熱媒−冷媒熱交換器12、膨張弁13、及び蒸発器14を、冷媒循環路でつないで構成される冷凍回路である。冷媒には、例えばCO2が使用され、該冷媒が、圧縮機11、熱媒−冷媒熱交換器12、膨張弁13、及び蒸発器14の順に循環して冷凍サイクルが実行される。すなわち冷媒は、圧縮機11で超臨界の状態まで圧縮されて高温高圧となった後、熱媒−冷媒熱交換器12において、負荷ユニット20を循環する熱媒と熱交換する。次いで熱交換後の冷媒は、膨張弁13で膨張後、ファンを備えた蒸発器14で外気と熱交換し、圧縮機11へ循環する。
The
負荷ユニット20は、一例として、床下に通したパイプに温水を流す床暖房ユニットである。床暖房の他にも、例えば、各部屋に備えられたパネルラジエータが負荷としてあり得る。第1実施形態の負荷ユニット20は、熱媒として温水(水)を循環させる熱媒循環路21を備え、この熱媒循環路21において、暖房負荷より上流側に循環ポンプ22、下流側に膨張タンク23が設けられる。循環ポンプ22が熱媒を暖房負荷へ送り出して循環させ、膨張タンク23は、熱媒循環路21内の熱媒量を一定に保つために設けられる。また、負荷ユニット20は、熱媒−冷媒熱交換器12で熱交換した熱媒を貯留する所定容量のタンク24を熱媒循環路21に備えている。このタンク24には、熱交換で50℃〜70℃ほどになる熱媒が数リットル程度貯留され、ここから循環ポンプ22により往き熱媒が暖房負荷へ送り出される。
As an example, the
負荷ユニット20には、後述する各例のデフロスト運転用に、それぞれ点線で示す負荷迂回路25や熱交換器迂回路26を設けることが可能である。負荷迂回路25は、暖房負荷へ送り出される往き熱媒の通る熱媒循環路21中に挿入される三方弁25aを有し、この三方弁25aの開閉制御に従って、往き熱媒を暖房負荷へ送り出す通常の経路か、又は、暖房負荷からの戻り熱媒が通る熱媒循環路21へ往き熱媒を迂回させ、暖房負荷を通さずに熱媒−冷媒熱交換器12へ戻す短絡経路が選択される。熱交換器迂回路26は、暖房負荷からの戻り熱媒の通る熱媒循環路21中に挿入される三方弁26aを有し、この三方弁26aの開閉制御に従って、戻り熱媒を熱媒−冷媒熱交換器12へ通す通常の経路か、又は、戻り熱媒を熱媒−冷媒熱交換器12を通さずにタンク24へ送る短絡経路が選択される。
The
制御ユニット30は、ECU(電子制御ユニット)等を備え、ヒートポンプユニット10における圧縮機11の回転速度や膨張弁13の開度、及び、負荷ユニット20における循環ポンプ22の回転速度等を制御する。制御にあたっては、外気温度センサSa、蒸発器温度センサSb、熱交換前の圧縮冷媒温度センサSc、熱交換後冷媒温度センサSd、往き熱媒温度センサSe、戻り熱媒温度センサSf、熱交換後の熱媒温度センサSgによる各測定値が使用される。この制御ユニット30は、内蔵したプログラムに従ってデフロスト制御ユニットとして機能し、後述するデフロスト運転を制御する。
The
図2は、ヒートポンプ装置の第2実施形態として、低元側ヒートポンプユニット100、高元側ヒートポンプユニット110、負荷ユニット200、及び制御ユニット300を含んで構成された二元型ヒートポンプ装置を示している。
FIG. 2 shows a binary heat pump device that includes a low-source
低元側ヒートポンプユニット100は、低元側圧縮機101、低元側熱媒−冷媒熱交換器102、カスケード熱交換器103、低元側膨張弁104、及び低元側蒸発器105を、冷媒循環路でつないで構成される冷凍回路である。冷媒には、例えばCO2が使用され、該冷媒が、低元側圧縮機101、低元側熱媒−冷媒熱交換器102、カスケード熱交換器103、低元側膨張弁104、及び低元側蒸発器105の順に循環して冷凍サイクルが実行される。すなわち冷媒は、低元側圧縮機101で超臨界の状態まで圧縮されて高温高圧となった後、低元側熱媒−冷媒熱交換器102において、負荷ユニット200を循環する熱媒の低元側分流と熱交換する。次いで冷媒は、低元側熱媒−冷媒熱交換器102からカスケード熱交換器103へ流れ、熱媒との熱交換で使い切れず、外気温度よりも高く吸熱源として未だ使用可能な冷媒の熱が、高元側ヒートポンプユニット110の吸熱源として利用される。冷媒−冷媒熱交換器であるカスケード熱交換器103で熱交換した後の冷媒は、低元側膨張弁104で膨張後、ファンを備えた低元側蒸発器105で外気と熱交換し、低元側圧縮機101へ循環する。
The low-side
高元側ヒートポンプユニット110は、高元側圧縮機111、高元側熱媒−冷媒熱交換器112、高元側膨張弁113、そしてカスケード熱交換器103を、冷媒循環路でつないで構成される冷凍回路である。冷媒には、低元側と同じくCO2が使用され、該冷媒が、高元側圧縮機111、高元側熱媒−冷媒熱交換器112、高元側膨張弁113及びカスケード熱交換器103の順に循環して冷凍サイクルが実行される。すなわち冷媒は、高元側圧縮機111で超臨界の状態まで圧縮されて高温高圧となった後、高元側熱媒−冷媒熱交換器112において、負荷ユニット200を循環する熱媒の高元側分流と熱交換する。次いで冷媒は、高元側膨張弁113で膨張後、カスケード熱交換器103において低元側ヒートポンプユニット100の冷媒と熱交換し、高元側圧縮機111へ循環する。
The high-end
負荷ユニット200は、上記同様、一例として床下に通したパイプに温水を流す床暖房ユニットである。第2実施形態の負荷ユニット200は、熱媒として温水(水)を循環させる熱媒循環路201を備え、この熱媒循環路201において、暖房負荷より上流側に循環ポンプ202、下流側に膨張タンク203が設けられる。循環ポンプ202が往き熱媒を暖房負荷へ送り出して循環させ、膨張タンク203は、熱媒循環路201内の熱媒量を一定に保つために設けられる。
As described above, the
熱媒循環路201は、暖房負荷より下流側で、2つの分流路、すなわち低元側流路201aと高元側流路201bとに分岐しており、暖房負荷で使用されて戻ってくる戻り熱媒を、低元側熱媒−冷媒熱交換器102と高元側熱媒−冷媒熱交換器112とに分流させる。そして、第2実施形態の負荷ユニット200では、分流して低元側流路201aと高元側流路201bとに流れる熱媒分流量を調節する分流調節器として、分岐点に三方弁204が設けられている。この三方弁204により、目標とする往き熱媒の温度が得られるように、低元側熱媒−冷媒熱交換器102への熱媒分流量と高元側熱媒−冷媒熱交換器112への熱媒分流量とが調節される。三方弁204を用いることで、各流路201a,201bへの分流量調節が高精度に細かく行われる。三方弁204を使用する他に、高元側流路201bの途中に、分流して高元側流路201bへ流れる熱媒分流量を調節する流量制御弁を配設してもよい。あるいは、低元側熱媒−冷媒熱交換器102及び高元側熱媒−冷媒熱交換器112の下流側(出口側)で分流熱媒の分流量を調節する三方弁や流量制御弁を設ける例も可能である。
The heat
第2実施形態の負荷ユニット200は、低元側及び高元側流路201a,201bを通り、低元側熱媒−冷媒熱交換器102及び高元側熱媒−冷媒熱交換器112を通過した各分流熱媒を合流させて貯留する、所定容量の合流タンク205を備える。この合流タンク205に貯留される熱媒が、往き熱媒として熱媒循環路201を通り循環ポンプ202から暖房負荷へ送り出される。
The
第1及び第2実施形態のタンク24,205は、常時、熱媒で満たされるように構成される。すなわち、タンク24,205は、熱媒を満水状態に貯留するものであり、タンク24,205には、常に、1MPa程度の内圧がかかっている。また、タンク24,205は、その上部に熱媒の流入口が設けられていると共に、その下部(底部)に熱媒の流出口が設けられている。このように、タンク24,205を、常時、熱媒で満たすようにすることに加えて、熱媒の流出口をタンク24,205の下部(底部)に設けることにより、タンク24,205からは熱媒のみが流出されることとなり、回路内に空気が混入することが効果的に防止される。さらに、タンク24,205には、逃し弁(図示省略)が設けられており、タンク内圧力が許容内圧を超えた場合には、前記逃し弁が開いて圧力を放出できるようになっている。
The
負荷ユニット200には、後述する各例のデフロスト運転用に、それぞれ点線で示す負荷迂回路206や熱交換器迂回路207を設けることが可能である。負荷迂回路206は、暖房負荷へ送り出される往き熱媒の通る熱媒循環路201中に挿入される三方弁206aを有し、この三方弁206aの開閉制御に従って、往き熱媒を暖房負荷へ送り出す通常の経路か、又は、暖房負荷からの戻り熱媒が通る熱媒循環路201へ往き熱媒を迂回させ、暖房負荷を通さずに低元側熱媒−冷媒熱交換器102へ戻す短絡経路が選択される。熱交換器迂回路207は、戻り熱媒分流後の低元側流路201a中に挿入される三方弁207aを有し、この三方弁207aの開閉制御に従って、分流路の熱媒を低元側熱媒−冷媒熱交換器102へ通す通常の経路か、又は、熱媒を低元側熱媒−冷媒熱交換器102を通さずに合流タンク205へ送る短絡経路が選択される。
The
制御ユニット300は、第1実施形態同様、ECU(電子制御ユニット)等を備え、低元側及び高元側ヒートポンプユニット100,110における圧縮機101,11の各回転速度や膨張弁104,113の各開度、及び、負荷ユニット200における循環ポンプ202の回転速度や三方弁204の開度等を制御する。制御にあたっては、外気温度センサSa、蒸発器温度センサSb、熱交換前の低元側圧縮冷媒温度センサSc、低元側熱交換後冷媒温度センサSd、往き熱媒温度センサSe、戻り熱媒温度センサSf、熱交換後の低元側分流熱媒温度センサSg、熱交換後の高元側分流熱媒温度センサSh、熱交換前の高元側圧縮冷媒温度センサSi、高元側熱交換後冷媒温度センサSjによる各測定値が使用される。この制御ユニット300も、内蔵したプログラムに従ってデフロスト制御ユニットとして機能し、後述するデフロスト運転を制御する。
As in the first embodiment, the
第1及び第2実施形態の制御ユニット30,300は、通常の暖房運転で、操作パネルを通して設定される設定温度と、外気温度センサSaにより測定される現在の外気温度とに基づいて、暖房能力(往き熱媒の温度目標値、圧縮機の回転速度)を決定する。そして、制御ユニット30,300は、往き熱媒温度センサSeにより測定される往き熱媒の測定温度が、決定した温度目標値となるように、ヒートポンプユニット10,100,110及び負荷ユニット20,200を制御する。制御ユニット30,300は、往き熱媒の測定温度が温度目標値に一致すると判断できたら、戻り熱媒温度センサSfにより測定される戻り熱媒の測定温度が、往き熱媒の温度目標値に対応した戻り熱媒の温度目標値になるか否か、判断する。制御ユニット30,300は、戻り熱媒の測定温度が戻り温度目標値になったと判断すれば、現在の暖房能力で制御を続行する。一方、戻り熱媒の測定温度が温度目標値にならない場合、制御ユニット30,300は、暖房能力を変更すべく再決定し、該再決定後の暖房能力で同制御を実行する。
The
この暖房運転中にデフロスト制御ユニットとして機能する制御ユニット30,300は、第1例として、図3に示すフローチャートに沿ってデフロスト運転を制御する。
The
デフロスト制御を実行する制御ユニット30,300は、ステップS0で、デフロスト開始条件の成立を判断する。例えば、デフロスト開始条件が成立したか否かは、外気温度センサSaで測定される外気温度から算出される蒸発器温度の所定のしきい値と蒸発器温度センサSbで測定される蒸発器温度とを比較することで判断する。すなわち、蒸発器14,105の温度は、霜が付くことによって、現在の外気温度よりも低温へ低下していくので、蒸発器温度が前記所定のしきい値になったときに、デフロスト開始条件が成立したと判断することができる。この他にも、蒸発器14,105の入口/出口冷媒温度から判断することも可能である。
The
デフロスト開始条件が成立したと判断した制御ユニット30,300は、ステップS1で、膨張弁13,104を全開にし、且つ例えばファンを停止するなどで蒸発器14,105の蒸発動作を止め、さらに、循環ポンプ22,202を停止するなどで負荷ユニット20,200における熱媒循環を止めた状態とする。また、第2実施形態のヒートポンプ装置の場合は、高元側ヒートポンプユニット110の圧縮機111を停止するなどで高元側の冷媒循環も止めた状態とする。そして、ヒートポンプユニット10,100の冷媒を熱交換なしで循環させるデフロスト運転を実行する。これにより、冷媒がホットガスとして蒸発器14,105へ提供され、その熱で除霜が行われる。このように、本実施形態のヒートポンプ装置は、ヒートポンプユニットの冷凍サイクルを逆回転させず、通常の順方向のサイクルで冷媒を循環させてデフロスト運転を実行する。したがって、逆回転用の余分な部品が不要であり、回路の負担が少ない。
The
デフロスト運転中の制御ユニット30,300は、ステップS2で、冷媒温度センサSdで測定される冷媒温度を、戻り熱媒温度センサSfで測定される熱媒温度と比較する。比較の結果、両者が熱媒温度<冷媒温度の温度関係にある場合、制御ユニット30,300は、ステップS3へ進んでデフロスト終了条件の成立を判断する。一方、両者が熱媒温度≧冷媒温度の温度関係になると、制御ユニット30,300は、ステップS4へ進んで、熱媒−冷媒熱交換器12,102で冷媒と熱媒が熱交換するように、熱媒循環制御を実行した後に、ステップS3へ進んでデフロスト終了条件の成立を判断する。すなわち、ホットガスとして使用されて温度が低下していく冷媒の温度が、熱媒の温度以下になる場合には、熱媒の熱を冷媒へ回収するように制御し、冷媒の温度低下を抑制する。これにより、デフロスト運転の後半で冷媒の温度を上げるように制御できるので、デフロスト運転の時間を従来に比べて短縮することができる。
In step S2, the
ステップS4で熱媒循環制御を行う第1実施形態の制御ユニット30は、循環ポンプ22を所定の回転速度で制御して、タンク24の熱媒を負荷ユニット20内で循環させる。この制御の場合、デフロスト運転終了前に熱媒が暖房負荷を通って循環し始めるので、あたかもデフロスト運転が早く終了したかのような印象を与えられる利点がある。図1中に示すように負荷迂回路25が設けられている場合の制御ユニット30は、循環ポンプ22を制御すると共に負荷迂回路25を開通させ、暖房負荷を通さずに熱媒を循環させる。この制御の場合、暖房負荷で熱媒の熱が奪われないので、より長く熱媒の温度を保つことができる。このように負荷ユニット20において熱媒が循環することにより、熱媒−冷媒熱交換器12で熱媒と冷媒が熱交換し、冷媒の温度を上げることができる。
The
他方、ステップS4で熱媒循環制御を行う第2実施形態の制御ユニット300は、分流調節器である三方弁204を低元側流路201aの100%流通へ切り換えると共に循環ポンプ202を所定の回転速度で制御して、合流タンク205の熱媒を負荷ユニット200内で低元側のみ循環させる。また、図2中に示すように負荷迂回路206が設けられている場合の制御ユニット300は、三方弁204及び循環ポンプ202を制御すると共に負荷迂回路206を開通させ、暖房負荷を通さずに熱媒を低元側で循環させる。これら制御で第1実施形態同様の上記作用を得られる。
On the other hand, the
ステップS3へ進んだ制御ユニット30,300は、蒸発器温度センサSbで測定される蒸発器温度が終了判断温度(例えば5℃)を上回るか否かでデフロスト終了条件の成立を判断する。制御ユニット30,300は、デフロスト終了条件が成立しない間はステップS2以降の制御を継続し、デフロスト終了条件が成立すれば、ステップS5でデフロスト運転を終了して通常の暖房運転を開始し、ステップS0へ戻ってデフロスト開始条件の成立を判断する。デフロスト終了条件は、蒸発器温度の他にも、蒸発器出口冷媒温度など、冷媒温度で判断することも可能である。
The
図4には、デフロスト制御ユニットとして機能する制御ユニット30,300が実行するデフロスト制御の第2例に係るフローチャートを示す。この第2例は、図1及び図2中に示す熱交換器迂回経路26,207が設けられている場合の制御例である。
FIG. 4 shows a flowchart according to a second example of the defrost control executed by the
デフロスト制御を実行する制御ユニット30,300は、第1例同様にステップS10で、デフロスト開始条件の成立を判断する。デフロスト開始条件が成立したと判断した制御ユニット30,300は、ステップS11で、第1例同様に膨張弁13,104を全開にし且つ蒸発器14,105の蒸発動作を止めた状態とする。また、第2実施形態のヒートポンプ装置の場合は、高元側ヒートポンプユニット110の圧縮機111を停止するなどで高元側の冷媒循環を止めた状態とする。このときに三方弁204は、低元側流路201aへの100%流通に切り換えるのが好ましい。さらに、第2例の場合、制御ユニット30,300は、熱交換器迂回路26,207を開通させ、熱媒−冷媒熱交換器12,102を迂回して熱媒を合流タンク205へ循環させる。これにより、第1例同様、ヒートポンプユニット10,100の冷媒を熱交換なしでホットガスとして循環させるデフロスト運転が実行される。
The
第2例の場合、制御ユニット30,300は、デフロスト運転中、循環ポンプ22,202を所定の回転速度に制御して負荷ユニット20,200における熱媒の循環を維持するように制御することができる。すなわち、デフロスト運転中もある程度の熱媒を循環させ、暖房の途切れを意識させない運転とすることが可能である。
In the case of the second example, the
デフロスト運転中の制御ユニット30,300は、第1例同様にステップS12で、冷媒温度センサSdで測定される冷媒温度を、戻り熱媒温度センサSfで測定される熱媒温度と比較する。比較の結果、制御ユニット30,300は、熱媒温度<冷媒温度の温度関係にあればステップS13へ進んでデフロスト終了条件の成立を判断し、熱媒温度≧冷媒温度の温度関係になれば、ステップS14へ進んで、熱媒−冷媒熱交換器12,102で冷媒と熱媒が熱交換するように、熱交換器迂回路26,207を閉鎖する。熱交換器迂回路26,207の閉鎖により、循環ポンプ22,202によって循環する熱媒が熱媒−冷媒熱交換器12,102を通るので、当該熱媒の熱が冷媒へ回収され、第1例同様の作用を得られる。
The
ステップS12又はステップS14の後にステップS13へ進んだ制御ユニット30,300は、第1例同様に、蒸発器温度センサSbで測定される蒸発器温度が終了判断温度を上回るか否かでデフロスト終了条件の成立を判断する。制御ユニット30,300は、デフロスト終了条件が成立しない間はステップS12以降の制御を継続し、デフロスト終了条件が成立すれば、ステップS15でデフロスト運転を終了して通常の暖房運転を開始し、ステップS10へ戻ってデフロスト開始条件の成立を判断する。
The
10 ヒートポンプユニット
11 圧縮機
12 熱媒−冷媒熱交換器
13 膨張弁
14 蒸発器
20 負荷ユニット
21 熱媒循環路
22 循環ポンプ
23 膨張タンク
24 タンク
25 負荷迂回路
25a 三方弁
26 熱交換器迂回路
26a 三方弁
30 制御ユニット(デフロスト制御ユニット)
100 低元側ヒートポンプユニット
101 低元側圧縮機
102 低元側熱媒−冷媒熱交換器
103 カスケード熱交換器
104 低元側膨張弁
105 低元側蒸発器
110 高元側ヒートポンプユニット
111 高元側圧縮機
112 高元側熱媒−冷媒熱交換器
113 高元側膨張弁
200 負荷ユニット
201 熱媒循環路
201a 低元側流路
201b 高元側流路
202 循環ポンプ
203 膨張タンク
204 三方弁(分流調節器)
205 合流タンク
206 負荷迂回路
206a 三方弁
207 熱交換器迂回路
207a 三方弁
300 制御ユニット
Sa〜Sj 温度センサ
DESCRIPTION OF
100 Low-source-side
205
Claims (6)
前記熱媒−冷媒熱交換器で熱交換した熱媒を貯留するタンクと、
前記タンクの熱媒を負荷へ通し、前記熱媒−冷媒熱交換器へ循環させる循環ポンプと、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御する、
ヒートポンプ装置。 A heat pump unit in which refrigerant circulates in the order of a compressor, a heat medium-refrigerant heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator;
A tank for storing the heat medium exchanged with the heat medium-refrigerant heat exchanger;
A circulation pump for passing the heating medium of the tank to a load and circulating it to the heating medium-refrigerant heat exchanger;
When the defrost start condition is met, when the defrost start condition is met, the refrigerant is circulated in a state where the expansion valve is fully opened and the evaporation operation of the evaporator is stopped and the heat medium circulation by the circulation pump is stopped. A defrost control unit for performing defrost operation,
Comprising
The defrost control unit is
When the refrigerant and the heat medium are in a predetermined temperature relationship during the defrost operation, the circulation pump is controlled so that the refrigerant and the heat medium exchange heat with the heat medium-refrigerant heat exchanger.
Heat pump device.
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる、
請求項1に記載のヒートポンプ装置。 In order to return the heat medium to the heat medium-refrigerant heat exchanger without passing through the load, it further includes a load bypass that can be opened and closed,
The defrost control unit is
When the refrigerant and the heat medium are in a predetermined temperature relationship during the defrost operation, the circulation pump is controlled and the load is controlled so that the refrigerant and the heat medium exchange heat with the heat medium-refrigerant heat exchanger. Open a detour,
The heat pump apparatus according to claim 1.
前記熱媒−冷媒熱交換器で熱交換した熱媒を貯留するタンクと、
前記タンクの熱媒を負荷へ通し、前記熱媒−冷媒熱交換器へ循環させる循環ポンプと、
前記負荷から戻る前記熱媒を、前記熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する、
ヒートポンプ装置。 A heat pump unit in which refrigerant circulates in the order of a compressor, a heat medium-refrigerant heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator;
A tank for storing the heat medium exchanged with the heat medium-refrigerant heat exchanger;
A circulation pump for passing the heating medium of the tank to a load and circulating it to the heating medium-refrigerant heat exchanger;
A heat exchanger detour that can be opened and closed to send the heating medium returning from the load to the tank without passing through the heating medium-refrigerant heat exchanger;
When the defrost start condition is satisfied, the refrigerant is circulated in a state where the expansion valve is fully opened, the evaporation operation of the evaporator is stopped and the heat exchanger bypass is opened when the defrost start condition is satisfied. A defrost control unit for performing defrost operation,
Comprising
The defrost control unit is
When the refrigerant and the heat medium have a predetermined temperature relationship during the defrost operation, the heat exchanger detour is closed so that the refrigerant and the heat medium exchange heat with the heat medium-refrigerant heat exchanger. ,
Heat pump device.
高元側圧縮機、高元側熱媒−冷媒熱交換器、高元側膨張弁及び前記カスケード熱交換器の順に冷媒が循環する高元側ヒートポンプユニットと、
負荷を通して熱媒を循環させる循環ポンプを有し、前記負荷からの戻り熱媒を前記低元側熱媒−冷媒熱交換器と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器とに分流させ、且つ、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器及び前記高元側熱媒−冷媒熱交換器を通過した各分流熱媒を合流させて合流タンクに貯留し、該合流タンクの熱媒を前記負荷へ送り出すように構成されると共に、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量とを調節する分流調節器を備えた負荷ユニットと、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御する、
ヒートポンプ装置。 A low source side heat pump unit in which the refrigerant circulates in the order of a low source side compressor, a low source side heat medium-refrigerant heat exchanger, a cascade heat exchanger, a low source side expansion valve, and a low source side evaporator;
A high-source side heat pump unit in which refrigerant is circulated in the order of a high-source side compressor, a high-source side heat medium-refrigerant heat exchanger, a high-source side expansion valve, and the cascade heat exchanger;
A circulation pump that circulates the heat medium through the load, and divides the return heat medium from the load into the low-source side heat medium-refrigerant heat exchanger and the high-source side heat medium-refrigerant heat exchanger; , The low-temperature side heat medium-refrigerant heat exchanger and the respective high-temperature side heat medium-refrigerant heat exchangers are combined and stored in a merging tank, and the heat medium in the merging tank is loaded with the load. The flow control is configured to adjust the flow rate of the heat medium to the low heat medium-refrigerant heat exchanger and the flow rate of heat medium to the high heat medium-refrigerant heat exchanger. A load unit equipped with a container,
When the defrost start condition is satisfied, and when the defrost start condition is satisfied, the low-side expansion valve is fully opened and the evaporation operation of the low-side evaporator is stopped and the heat medium circulation by the circulation pump is stopped. A defrost control unit for performing a defrost operation for circulating the refrigerant of the low-source side heat pump unit in a state;
Comprising
The defrost control unit is
When the refrigerant and the heat medium are in a predetermined temperature relationship during the defrost operation, the flow regulator and the heat medium are exchanged so that the refrigerant and the heat medium exchange heat with the low-side heat medium-refrigerant heat exchanger. Control the circulation pump,
Heat pump device.
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる、
請求項4に記載のヒートポンプ装置。 In order to return the heat medium to the low-source heat medium-refrigerant heat exchanger without passing through the load, the heat medium further includes a load bypass that can be opened and closed,
The defrost control unit is
When the refrigerant and the heat medium are in a predetermined temperature relationship during the defrost operation, the flow regulator and the heat medium are exchanged so that the refrigerant and the heat medium exchange heat with the low-side heat medium-refrigerant heat exchanger. Controlling the circulation pump and opening the load bypass circuit;
The heat pump apparatus according to claim 4.
高元側圧縮機、高元側熱媒−冷媒熱交換器、高元側膨張弁及び前記カスケード熱交換器の順に冷媒が循環する高元側ヒートポンプユニットと、
負荷を通して熱媒を循環させる循環ポンプを有し、前記負荷からの戻り熱媒を前記低元側熱媒−冷媒熱交換器と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器とに分流させ、且つ、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器及び前記高元側熱媒−冷媒熱交換器を通過した各分流熱媒を合流させて合流タンクに貯留し、該合流タンクの熱媒を前記負荷へ送り出すように構成されると共に、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量とを調節する分流調節器を備えた負荷ユニットと、
前記低元側熱媒−冷媒熱交換器へ流れる熱媒を、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記合流タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する、
ヒートポンプ装置。 A low source side heat pump unit in which the refrigerant circulates in the order of a low source side compressor, a low source side heat medium-refrigerant heat exchanger, a cascade heat exchanger, a low source side expansion valve, and a low source side evaporator;
A high-source side heat pump unit in which refrigerant is circulated in the order of a high-source side compressor, a high-source side heat medium-refrigerant heat exchanger, a high-source side expansion valve, and the cascade heat exchanger;
A circulation pump that circulates the heat medium through the load, and divides the return heat medium from the load into the low-source side heat medium-refrigerant heat exchanger and the high-source side heat medium-refrigerant heat exchanger; , The low-temperature side heat medium-refrigerant heat exchanger and the respective high-temperature side heat medium-refrigerant heat exchangers are combined and stored in a merging tank, and the heat medium in the merging tank is loaded with the load. The flow control is configured to adjust the flow rate of the heat medium to the low heat medium-refrigerant heat exchanger and the flow rate of heat medium to the high heat medium-refrigerant heat exchanger. A load unit equipped with a container,
A heat exchanger detour that can be opened and closed to send the heat medium flowing to the low-source-side heat medium-refrigerant heat exchanger to the junction tank without passing through the low-source-side heat medium-refrigerant heat exchanger;
When the defrost start condition is met, when the defrost start condition is met, the low-side expansion valve is fully opened and the evaporation operation of the low-side evaporator is stopped and the heat exchanger bypass is opened. A defrost control unit for performing a defrost operation for circulating the refrigerant of the low-source side heat pump unit in a state;
Comprising
The defrost control unit is
When the refrigerant and the heat medium of the low-side heat pump unit are in a predetermined temperature relationship during the defrost operation, the refrigerant and the heat medium exchange heat with the low-side heat medium-refrigerant heat exchanger. Closing the heat exchanger bypass,
Heat pump device.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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