JP2016065659A - ヒートポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態のヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、膨張弁、蒸発器、バイパス流路、バイパス膨張弁、および制御装置を持つ。バイパス流路は、過冷却熱交換器と膨張弁との間の分岐部から過冷却熱交換器の低圧側流路を経由して圧縮機の吸入部に設けられる。バイパス膨張弁は、バイパス流路において分岐部と過冷却熱交換器の低圧側流路との間に設けられる。第1温度センサおよび第2温度センサは蒸発器の上流側および下流側に配置される。第3温度センサおよび第4温度センサは過冷却熱交換器の低圧側流路の上流側および下流側に配置される。制御装置は、第1温度センサおよび第2温度センサの検出値に基づき膨張弁の弁開度を制御する。制御装置は、第3温度センサおよび第4温度センサの検出値に基づきバイパス膨張弁の弁開度を制御する。
【選択図】図1
Description
凝縮器12は、圧縮機11から吐出される気相の冷媒を凝縮する。凝縮器12は、例えば冷媒−水熱交換器である。凝縮器12は、配管10aに接続される冷媒の流路と、水配管12aに接続される水の流路とを備えている。凝縮器12は、水と冷媒とを熱交換する。凝縮器12は、いわゆるカウンターフローに構成され、冷媒の流路における流れ方向と水の流路における流れ方向とが逆方向に設定されている。
第1バイパス配管18aは、第1分岐部19aと低圧側流路13bとの間に第1バイパス膨張弁20aを備えている。第1バイパス膨張弁20aは、第1分岐部19aにおいて配管10aから第1バイパス配管18aに流入する高圧の液相の冷媒を膨張させることによって低圧の冷媒とする。第1バイパス膨張弁20aの弁開度は、制御装置17によって制御される。
過冷却熱交換器13は、高圧側流路13aを流通する高圧の液相の冷媒と、低圧側流路13bを流通する低圧の液相の冷媒とを熱交換する。
蒸発器15は、膨張弁14から排出される気液二相の冷媒を蒸発させる。蒸発器15は、例えば冷媒−空気熱交換器である。蒸発器15は、冷媒の流路に対向配置されるファン15aを備える。蒸発器15は、ファン15aによって送風される空気と冷媒とを熱交換する。
制御装置17は、循環流路過熱度SHmを所定の目標過熱度SHm_setに一致させるように、膨張弁14の弁開度を制御する。制御装置17は、第1温度センサ21および第2温度センサ22に接続されている。第1温度センサ21は、蒸発器15において上流側から流入する液相の冷媒の温度(液冷媒温度)TEを検出する。第2温度センサ22は、蒸発器15の下流側のサクション配管11aにおいて気相の冷媒(サクションガス)の温度(サクションガス温度)TSを検出する。制御装置17は、第2温度センサ22の検出値と第1温度センサ21の検出値との差、つまりサクションガス温度TSと液冷媒温度TEとの差(TS−TE)によって循環流路過熱度SHm(=TS−TE)を算出する。
なお、制御装置17は、循環流路過熱度SHmを算出する際に、適宜のタイミングでの第1温度センサ21および第2温度センサ22の各々の検出値を用いることに限らず、所定時間間隔における検出値を用いてもよい。また、循環流路過熱度SHmに応じて膨張弁14の弁開度を制御する際に、循環流路過熱度SHmの変化に応じて弁開度を制御してもよい。
なお、制御装置17は、バイパス流路過熱度SHbを算出する際に、適宜のタイミングでの第3温度センサ23および第4温度センサ24の各々の検出値を用いることに限らず、所定時間間隔における検出値を用いてもよい。また、バイパス流路過熱度SHbに応じて第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する際に、バイパス流路過熱度SHbの変化に応じて弁開度を制御してもよい。
(SHm_set≦SHb_set≦6×SHm_set)に設定する。
これにより制御装置17は、図2に示すように、成績係数(COP)を向上させることができる。一方、所定の目標バイパス過熱度SHb_setが所定の目標過熱度SHm_setの1倍の値未満であると、成績係数(COP)が低下する虞がある。さらに、第1バイパス配管18aによるバイパス流路を流れる冷媒の過熱度が不足し、圧縮機11に液冷媒が供給されることにより、圧縮機11の異常が発生する虞がある。また、所定の目標バイパス過熱度SHb_setが所定の目標過熱度SHm_setの6倍の値よりも大きいと、成績係数(COP)が低下するとともに、圧縮機11に高温のガスが供給されることにより、圧縮機11の異常が発生する虞がある。
なお、制御装置17は、吐出ガス温度TDとして、適宜のタイミングでの第5温度センサ25の検出値を用いることに限らず、所定時間間隔における検出値を用いてもよい。また、吐出ガス温度TDに応じて第2バイパス膨張弁20bの弁開度を制御する際に、吐出ガス温度TDの変化に応じて弁開度を制御してもよい。
制御装置17は、ヒートポンプ装置10の少なくとも起動時などにおいて、第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する前に、第2バイパス膨張弁20bの弁開度を制御する。
次に、制御装置17は、圧縮機11の回転が開始してから所定時間が経過したか否かを判定する(ステップS02)。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置17はステップS02の処理を繰り返し実行する(ステップS02の「NO」側)。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置17は処理をステップS03に進める(ステップS02の「YES」側)。
そして、制御装置17は、後述する膨張弁制御の処理および第2バイパス膨張弁制御の処理を並列的に実行する(ステップS03)。
次に、制御装置17は、低圧ガス冷媒温度TLGと低圧液冷媒温度TLLとの差(TLG−TLL)によってバイパス流路過熱度SHb(=TLG−TLL)を算出する(ステップS05)。
次に、制御装置17は、バイパス流路過熱度SHbが目標バイパス過熱度SHb_setに一致するか否かを判定する(ステップS06)。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置17は処理をステップS07に進める(ステップS06の「NO」側)。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置17は処理をステップS08に進める(ステップS06の「YES」側)。
そして、制御装置17は、バイパス流路過熱度SHbを所定の目標バイパス過熱度SHb_setに一致させるように、第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する。そして、制御装置17は、処理を上述したステップS03に戻す(ステップS07)。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置17は処理を上述したステップS03に戻す(ステップS08の「NO」側)。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置17は処理を終了させる(ステップS08の「YES」側)。
先ず、制御装置17は、第1温度センサ21および第2温度センサ22の各々の検出値からサクションガス温度TSおよび液冷媒温度TEを取得する(ステップS11)。
次に、制御装置17は、サクションガス温度TSと液冷媒温度TEとの差(TS−TE)によって循環流路過熱度SHm(=TS−TE)を算出する(ステップS12)。
次に、制御装置17は、循環流路過熱度SHmが目標循環流路過熱度SHm_setに一致するか否かを判定する(ステップS13)。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置17は処理をステップS14に進める(ステップS13の「NO」側)。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置17は処理を終了させる(ステップS13の「YES」側)。
そして、制御装置17は、循環流路過熱度SHmを目標循環流路過熱度SHm_setに一致させるように、膨張弁14の弁開度を制御する。そして、制御装置17は、処理を上述したステップS11に戻す(ステップS14)。
次に、制御装置17は、第5温度センサ25の検出値から吐出ガス温度TDを取得する(ステップS21)。
次に、制御装置17は、吐出ガス温度TDが、所定のロー側目標吐出ガス温度TD_setL以上かつハイ側目標吐出ガス温度TD_setH以下の温度範囲であるか否かを判定する(ステップS22)。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置17は処理をステップS23に進める(ステップS22の「YES」側)。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置17は処理を終了させる(ステップS22の「YES」側)。
そして、制御装置17は、吐出ガス温度TDを、所定のロー側目標吐出ガス温度TD_setL以上かつハイ側目標吐出ガス温度TD_setH以下の温度範囲にするように、第2バイパス膨張弁20bの弁開度を制御する。そして、制御装置17は、処理を上述したステップS21に戻す(ステップS23)。
第3温度センサ23および第4温度センサ24の検出値に基づき第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する制御装置17を持つので、ヒートポンプ装置10の運転効率を向上させることができるとともに、運転範囲を拡大することができる。
膨張弁14の弁開度を制御した後に、第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する制御装置17を持つことにより、ヒートポンプ装置10に異常が生じることを迅速に防止することができる。
第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する前に、第2バイパス膨張弁20bの弁開度を制御する制御装置17を持つので、ヒートポンプ装置10に異常が生じることを迅速に防止することができる。
目標バイパス過熱度SHb_setを目標過熱度SHm_setの1倍の値以上かつ6倍の値以下に設定する制御装置17を持つので、圧縮機11の異常が発生することを防止しつつ、エネルギー消費効率を向上させることができる。
上述した実施形態において、制御装置17は、第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する前に、第2バイパス膨張弁20bの弁開度を制御するとしたが、第2バイパス膨張弁20bの弁開度の制御を省略してもよい。この場合、第2分岐部19b、第2バイパス配管18b、および第2バイパス膨張弁20bは省略されてもよい。
例えば、凝縮器12および蒸発器15をフィンチューブ熱交換器などの冷媒−空気熱交換器とすることによって、ヒートポンプ装置10を空気熱源式空調機としてもよい。
例えば、凝縮器12を冷媒−水熱交換器とし、蒸発器15を冷媒−空気熱交換器とすることによって、ヒートポンプ装置10を空気熱源式温水加熱機またはチリングユニットとしてもよい。
例えば、凝縮器12および蒸発器15を冷媒−水熱交換器とすることによって、ヒートポンプ装置10を水熱源式温水加熱機またはチリングユニットとしてもよい。
第3温度センサ23および第4温度センサ24の検出値に基づき第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する制御装置17を持つので、ヒートポンプ装置10の運転効率を向上させることができるとともに、運転範囲を拡大することができる。
膨張弁14の弁開度を制御した後に、第1バイパス膨張弁20aの弁開度を制御する制御装置17を持つことにより、ヒートポンプ装置10に異常が生じることを迅速に防止することができる。
Claims (6)
- 冷媒の循環流路と、
前記循環流路に順次設けられる、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、膨張弁、および蒸発器と、
前記過冷却熱交換器と前記膨張弁との間の分岐部から前記過冷却熱交換器の低圧側流路を経由して前記圧縮機の吸入部に設けられるバイパス流路と、
前記バイパス流路において前記分岐部と前記過冷却熱交換器の低圧側流路との間に設けられるバイパス膨張弁と、
前記蒸発器の上流側における前記冷媒の温度を検出する第1温度センサと、
前記蒸発器の下流側における前記冷媒の温度を検出する第2温度センサと、
前記過冷却熱交換器の低圧側流路の上流側における前記冷媒の温度を検出する第3温度センサと、
前記過冷却熱交換器の低圧側流路の下流側における前記冷媒の温度を検出する第4温度センサと、
前記第1温度センサおよび前記第2温度センサの各々の検出値に基づき前記膨張弁の弁開度を制御し、
前記第3温度センサおよび前記第4温度センサの各々の検出値に基づき前記バイパス膨張弁の弁開度を制御する制御装置と、
を備える、
ヒートポンプ装置。 - 前記制御装置は、
前記膨張弁の弁開度を制御した後に、前記バイパス膨張弁の弁開度を制御する、
請求項1に記載のヒートポンプ装置。 - 前記分岐部と前記膨張弁との間の第2分岐部から前記圧縮機の第2吸入部に設けられる第2バイパス流路と、
前記第2バイパス流路において前記分岐部と前記過冷却熱交換器の低圧側流路との間に設けられる第2バイパス膨張弁と、
前記圧縮機の吐出部における前記冷媒の温度を検出する第5温度センサと、
を備え、
前記制御装置は、
前記第5温度センサの検出値に基づき前記第2バイパス膨張弁の弁開度を制御する、
請求項1または請求項2に記載のヒートポンプ装置。 - 前記制御装置は、
前記バイパス膨張弁の弁開度を制御する前に、前記第2バイパス膨張弁の弁開度を制御する、
請求項3に記載のヒートポンプ装置。 - 前記制御装置は、
前記第2温度センサの検出値と前記第1温度センサの検出値との差である循環流路過熱度を目標過熱度に一致させるように、前記膨張弁の弁開度を制御し、
前記第4温度センサの検出値と前記第3温度センサの検出値との差であるバイパス流路過熱度を目標バイパス過熱度に一致させるように、前記バイパス膨張弁の弁開度を制御し、
前記第5温度センサの検出値を目標温度に一致させるように、前記第2バイパス膨張弁の弁開度を制御する、
請求項3または請求項4に記載のヒートポンプ装置。 - 前記制御装置は、
前記目標バイパス過熱度を、前記目標過熱度の1倍の値以上かつ6倍の値以下に設定する、
請求項5に記載のヒートポンプ装置。
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