JP2017161085A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

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明広 重田
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Abstract

【課題】暖房負荷が高い暖房運転時や外気温度が高い条件での冷房運転時でも、圧縮機の吐出温度を低下し、圧縮機の信頼性を向上することができるヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】制御部２９は、蒸発器４内の第２冷媒の圧力が所定値以下となるように、第２絞り手段１８の開度を小さくする第１冷凍回路吐出温度抑制モードを備えているので、蒸発器４内の第２冷媒の高圧側圧力が低下して、蒸発器４における第１冷媒と第２冷媒との熱交換量が低下を低下させることができ、蒸発器４の出口での第１冷媒の過熱度が低下して圧縮機１の吐出温度を低下させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、二元冷凍サイクルの低段側サイクルにおいて、蒸発器内の冷媒の圧力を調整するヒートポンプ装置に関するものである。
従来、この種のヒートポンプ装置は、図７に示すように、空調用冷凍サイクル５９と給湯用冷凍サイクル６３との２つの冷凍回路で構成されるものがある。
空調用冷凍サイクル５９は、空調用圧縮機５０、室外熱交換器５１および室外熱交換器用開閉手段５２ａ、５２ｂ、室外熱交換器用絞り手段５３、室内熱交換器５４および室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｂ、室内熱交換器用絞り手段５６が直列に接続されているとともに、冷媒−冷媒熱交換器５７および給湯熱源用絞り手段５８が直列に接続されて室内熱交換器５４および室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｂ、室内熱交換器用絞り手段５６に並列に接続して構成され、空調用冷媒を循環させる。
また、給湯用冷凍サイクル６３は、給湯用圧縮機６０、熱媒体−冷媒熱交換器６１、給湯用絞り手段６２および冷媒−冷媒熱交換器５７が直列に接続して構成され、給湯用冷媒を循環させる。
空調用冷凍サイクル５９と給湯用冷凍サイクル６３とは、冷媒−冷媒熱交換器５７で、空調用冷媒と給湯用冷媒とが熱交換を行なうように接続することで、空調用冷凍サイクル５９での冷房あるいは暖房運転と、給湯用冷凍サイクル６３での給湯用熱媒体の加熱運転とを同時に行うことを可能にしたものがある（例えば、特許文献１を参照）。
国際公開ＷＯ２００９／０９８７５１号
しかしながら、前記従来の構成では、空調用冷凍サイクル５９で暖房負荷が高い時や、外気温度が高い条件での冷房運転の時のように、凝縮温度が高くなる（例えば、５０℃）ような条件では、冷媒−冷媒熱交換器５７での空調用冷凍サイクル５９につられて給湯用冷凍サイクル６３の蒸発温度も高くなり、蒸発温度が低い場合と同等のエンタルピ差を確保する場合に冷媒−冷媒熱交換器５７の出口での給湯用冷媒の過熱度が大きくなりやすい。
このような場合、給湯用圧縮機６０から吐出される給湯用冷媒の温度が過度に上昇するため、過熱度が小さい場合と比べて、給湯用圧縮機６０の信頼性が低下するという課題を有していた。
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、暖房負荷が高い暖房運転時や外気温度が高い条件での冷房運転時でも、圧縮機の吐出温度を低下し、圧縮機の信頼性を向上することができるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
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、凝縮器、第１絞り手段、蒸発器を配管で接続し、第１冷媒を循環させる第１冷凍回路と、第２冷媒を循環させ、前記蒸発器で前記第１冷凍回路と熱交換を行う第２冷凍回路と、前記第２冷凍回路の前記蒸発器の入口および出口に配設した第２絞り手段および第３絞り手段と、前記第２絞り手段および前記第３絞り手段の開度制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記蒸発器内の前記第２冷媒の圧力が所定値以下となるように、前記第２絞り手段の開度を小さくする第１冷凍回路吐出温度抑制モードを備えていることを特徴とする。
これによって、蒸発器内の第２冷媒の高圧側圧力が低下して、蒸発器での第１冷媒と第２冷媒の熱交換量が低下し、蒸発器出口での第１冷媒の過熱度が低下する。従って、圧縮機の吐出温度も低下することができる。また、蒸発器内の第２冷媒の高圧側圧力を所望の値に調整することができる。
本発明のヒートポンプ装置は、第２冷凍回路の凝縮温度が高くなる暖房負荷が高い時や、外気温度が高い冷房運転時でも、圧縮機の吐出温度を低下し、圧縮機の信頼性を向上することができる。
さらに、第２冷凍回路において蒸発器と並列な回路に設置された熱交換器、例えば、空調室内機が高い凝縮温度が必要となる高温風暖房運転を行う場合でも、第１冷凍回路を同時運転することができる。
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第２冷凍回路を暖房運転し、第１冷凍回路も運転する場合の冷媒回路図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の第２冷凍回路を冷房運転し、第１冷凍回路も運転する場合の冷媒回路図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の第２冷凍回路を冷暖同時運転し、第１冷凍回路も運転する場合の冷媒回路図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の第２冷凍回路の室内熱交換器を変更して冷暖同時運転し、第１冷凍回路も運転する場合の冷媒回路図 本発明の実施の形態１における制御動作を示すフローチャート 従来のヒートポンプ装置の冷媒回路図
第１の発明は、圧縮機、凝縮器、第１絞り手段、蒸発器を配管で接続し、第１冷媒を循環させる第１冷凍回路と、第２冷媒を循環させ、前記蒸発器で前記第１冷凍回路と熱交換を行う第２冷凍回路と、前記第２冷凍回路の前記蒸発器の入口および出口に配設した第２絞り手段および第３絞り手段と、前記第２絞り手段および前記第３絞り手段の開度制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記蒸発器内の前記第２冷媒の圧力が所定値以下となるように、前記第２絞り手段の開度を小さくする第１冷凍回路吐出温度抑制モードを備えている。
これにより、蒸発器内の第２冷媒の高圧側圧力が低下して、蒸発器での第１冷媒と第２冷媒の熱交換量が低下し、蒸発器出口での第１冷媒の過熱度が低下する。従って、圧縮機の吐出温度も低下することかできる。
また、蒸発器内の第２冷媒の高圧側圧力を所望の値に調整することができる。
よって、第２冷凍回路の凝縮温度が高くなる暖房負荷が高い時や、外気温度が高い冷房運転時でも、圧縮機の吐出温度を低下し、圧縮機の信頼性を向上することができる。
さらに、第２冷凍回路において蒸発器と並列な回路に設置された熱交換器、例えば、空調室内機が高い凝縮温度が必要となる高温風暖房運転を行う場合でも、第１冷凍回路を同時運転することができる。
第２の発明は、前記第１冷凍回路吐出温度抑制モードは、前記蒸発器の出口における前記第２冷媒の過冷却度に基づいて前記第３絞り手段の開閉制御をさらに備えていることを特徴とする。
これにより、蒸発器における第１冷媒と第２冷媒の熱交換量が低下し、蒸発器の出口での第１冷媒の過熱度を低下させることができる。
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この発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ装置の冷媒回路図を示すものである。図１においてヒートポンプ装置は、第１冷凍回路５と、第２冷凍回路２０との２つの冷凍回路から構成される。
第１冷凍回路５は、圧縮機１、凝縮器２、第１絞り手段３および蒸発器４を冷媒配管４０で直列に接続して構成されている。第１冷凍回路５には、第１冷媒が循環される。
また、圧縮機１の吐出側には、圧縮機１から吐出される第１冷媒の温度を検知する圧縮機吐出温度検知手段６が配設されており、圧縮機１の吸入側には、圧縮機１に吸入される第１冷媒の温度を検知する圧縮機吸入温度検知手段３１が配設されている。さらに、圧縮機１の吸入側には、圧縮機１に吸入される第１冷媒の圧力を検知する圧縮機吸入圧力検知手段３２が配設されている。さらに、蒸発器４には、第２冷凍回路２０における蒸発器４の中間温度を検知する第２冷凍回路蒸発器中間温度検知手段３０が設けられている。
一方、第２冷凍回路２０は、第２圧縮機１１、室外空気と熱交換を行う室外熱交換器１５、室内空気と熱交換を行う２つの室内熱交換器１２ａ，１２ｂおよび蒸発器４を第２冷媒配管４１で接続して構成されている。
各室内熱交換器１２ａ，１２ｂは、並列に設けられ、各室内熱交換器１２ａ，１２ｂの一方の入口側には、第２圧縮機１１の吐出側に接続される吐出冷媒配管４２と、第２圧縮機１１の吸入側に接続される吸入冷媒配管４３とがそれぞれ分岐して接続されている。吐出冷媒配管４２および吸入冷媒配管４３には、それぞれ室内熱交換器用開閉手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられている。また、各室内熱交換器１２ａ，１２ｂの他方の入口側には、室内熱交換器用絞り手段１４ａ，１４ｂが設けられている。
また、蒸発器４は、各室内熱交換器１２ａ，１２ｂと並列に接続されている。蒸発器４の入口側は、吐出冷媒配管４２に接続され、蒸発器４の出口側は、第２冷媒配管４１に接続されている。蒸発器４の入口側には、第２絞り手段１８が設けられ、蒸発器４の出口側には、第３絞り手段１９が設けられている。
各室外熱交換器１２ａ，１２ｂの一方の入口側は、分岐して、第２圧縮機１１の吐出側および吸入側にそれぞれ接続される吸入冷媒配管４３および吐出冷媒配管４２にそれぞれ接続されている。室外熱交換器１５と第２圧縮機１１との間には、それぞれ室外熱交換器用開閉手段１６ａ，１６ｂが設けられている。
室外熱交換器１５の他方の入口側には、室外熱交換器用絞り手段１７が設けられている。このように構成された第２冷凍回路２０には、第２冷媒が循環される。
また、第１冷媒および第２冷媒としては、Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ３２、Ｒ１３４ａなどのフロン系冷媒のほかに、二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒が用いられ、特に、第１冷媒としては高温用途に広く用いられるＲ４０７Ｃ、Ｒ１３４ａや二酸化炭素（ＣＯ２）が望ましい。
また、第２圧縮機１１の吐出側には、第２圧縮機１１から吐出される第２冷媒の圧力を検知する第２圧縮機吐出圧力検知手段２１が設けられ、第２圧縮機１１の吸入側には、第２圧縮機１１に吸入される第２冷媒の圧力を検知する第２圧縮機吸入圧力検知手段２２が設けられている。
各室内熱交換器１２ａ，１２ｂと各室内熱交換器用開閉手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとの間には、第２冷媒の温度を検知する室内熱交換器第１温度検知手段２３ａ，２３ｂが設けられ、各室内熱交換器１２ａ，１２ｂと各室内熱交換器用絞り手段１４ａ，１４ｂとの間には、第２冷媒の温度を検知する室内熱交換器第２温度検知手段２４ａ，２４ｂが設けられている。
また、室外熱交換器１５と室外熱交換器用開閉手段１６ａ、１６ｂとの間には、第２冷媒の温度を検知する室外熱交換器第１温度検知手段２５が設けられ、室外熱交換器１５と室外熱交換器用絞り手段１７との間には、第２冷媒の温度を検知する室外熱交換器第２温度検知手段２６が設けられている。
また、第２絞り手段１８と蒸発器４との間には、蒸発器４に流入する第２冷媒の圧力を検知する第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７が設けられ、蒸発器４と第３絞り手段１９との間には、蒸発器４から流出する第２冷媒の温度を検知する第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段２８が設けられている。
また、本実施形態のヒートポンプ装置は、第１冷凍回路５および第２冷凍回路２０の制御手段として制御部２９を備える。制御部２９は、ヒートポンプ装置の各部を中枢的に制御するものであり、ＣＰＵ、実行可能な基本制御プログラムやこの基本制御プログラムに係るデータなどを不揮発的に記憶するＲＯＭ、ＣＰＵに実行されるプログラムや所定データなどを一時的に記憶するＲＡＭ、その他の周辺回路などを備えている。
制御部２９は、第１冷凍回路５において、圧縮機吐出温度検知手段６、圧縮機吸入温度検知手段３１、圧縮機吸入圧力検知手段３２による検知結果に基づいて、圧縮機１の駆動制御および第１絞り手段３の開度制御を行うように構成されている。
また、制御部２９は、第２冷凍回路２０において、第２圧縮機吐出圧力検知手段２１、第２圧縮機吸入圧力検知手段２２の検知結果や、室内熱交換器第１温度検知手段２３ａ，２３ｂ、室内熱交換器第２温度検知手段２４ａ，２４ｂ、室外熱交換器第１温度検知手段２５、室外熱交換器第２温度検知手段２６、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段２８の検知結果に基づいて、第２圧縮機１１の駆動制御および第２絞り手段１８、第３絞り手段１９、室内熱交換器用絞り手段１４ａ，１４ｂ、室外熱交換器用絞り手段１７の開度制御を行うように構成されている。
また、本実施形態においては、制御部２９による制御は、蒸発器４の内部の第２冷媒の圧力が所定値以下となるように、第２絞り手段１８の開度を小さくする第１冷凍回路吐出温度抑制モードを備えている。
第１冷凍回路吐出温度抑制モードは、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ_ｒ２に基づいて制御される。
例えば、制御部２９は、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が所定値（例えば、３．０ＭＰａ）より高いか否かを判断し、所定値より高い場合は第２絞り手段１８の開度を減少するように制御する。制御部２９は、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が所定値の範囲（例えば、２．６ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下）にあるか否か判断し、所定値の範囲内である場合は、第２絞り手段１８の開度を維持するように制御する。さらに、制御部２９は、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が所定値（例えば、２．６ＭＰａ）より低いか否か判断し、所定値より低い場合は、第２絞り手段１８の開度を増加するように制御する。
このように制御することで、蒸発器４内の第２冷媒の高圧側圧力を低下させることが可能となる。
また、制御部２９により、第１冷凍回路吐出温度抑制モードは、第２冷凍回路２０の蒸発器４の出口における第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ＿ｏ＿ｒ２に基づいて制御される。
第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ＿ｏ＿ｒ２は、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２に基づいて算出された凝縮温度−第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段２８で検知された温度から求められる。
制御部２９は、第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ＿ｏ＿ｒ２が所定値の範囲内（例えば、３Ｋ≦ＳＣｅｖａ＿ｏ＿ｒ２≦７Ｋ）にあるか否か判断し、所定値の範囲内であれば第３絞り手段１９の開度を維持するように制御する。また、第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ＿ｏ＿ｒ２が所定値（例えば、７Ｋ）より大きいか否か判断し、所定値より大きい場合、第３絞り手段１９の開度を増加するよう制御する。
さらに、第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ＿ｏ＿ｒ２が所定値（例えば、３Ｋ）より小さいか否か判断し、所定値より小さい場合、第３絞り手段１９の開度を減少するよう制御する。
このように制御することで、蒸発器４での第１冷媒と第２冷媒の熱交換量が低下し、蒸発器４出口での第１冷媒の過熱度を低下させることができる。
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、室内熱交換器１２ａ、１２ｂを凝縮器として利用して第２冷凍回路２０を暖房運転し、第１冷凍回路５も運転する場合の例を示す回路図である。なお、図２中黒塗りつぶされた開閉手段は閉状態であることを示している。
図２に示すように、第２圧縮機１１から吐出された第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段１３ｂ、１３ｄを通って室内熱交換器１２ａ、１２ｂに流入し、室内空気に放熱する。
また、第１冷凍回路５では、圧縮機１から吐出された第１冷媒は、凝縮器２にて放熱し、圧縮機吐出温度検知手段６で検知された温度に基づいて、第１絞り手段３で絞られて蒸発器４に流入し、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された圧力に基づいて第２絞り手段１８で圧力を調整された第２冷媒から吸熱して圧縮機１に吸入される。
また、蒸発器４にて第１冷媒に吸熱された第２冷媒は、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された圧力から算出される凝縮温度と、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段２８で検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて、第３絞り手段１９で絞られる。一方、室内熱交換器１２ａ、１２ｂから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段２１で検知された圧力から算出される凝縮温度と、室内熱交換器第２温度検知手段２４ａ、２４ｂで検知された温度との差から求められるそれぞれの過冷却度に基づいて、室内熱交換器用絞り手段１４ａ、１４ｂで絞られる。
第３絞り手段１９で絞られた第２冷媒と、室内熱交換器用絞り手段１４ａ、１４ｂで絞られた第２冷媒とは合流し、室外熱交換器１５にて室外空気から吸熱する。
室外熱交換器用絞り手段１７は、第２圧縮機吸入圧力検知手段２２で検知された圧力から算出される蒸発温度と、室外熱交換器第１温度検知手段２５で検知された温度の差から求まる過熱度に基づいて室外熱交換器１５を流通する第２冷媒を調整する。
そして、室外熱交換器１５から流出した第２冷媒は、開状態の室外熱交換器用開閉手段１６ａを通って、第２圧縮機１１に吸入される。この場合、室内熱交換器用開閉手段１３ａ、１３ｃおよび室外熱交換器用開閉手段１６ｂは閉じられており、第２冷媒が流通しないようになっている。
図３は、室内熱交換器１２ａ、１２ｂを蒸発器として利用して第２冷凍回路２０を冷房運転し、第１冷凍回路５も運転する場合の例を示す回路図である。なお、図３中黒塗りつぶされた開閉手段は閉状態であることを示している。
図３に示すように、第２圧縮機１１から吐出された第２冷媒は、開状態の室外熱交換器用開閉手段１６ｂを通って室外熱交換器１５に流入し、室外空気に放熱する。また第１冷凍回路５では第２冷凍回路２０の暖房運転時同様、圧縮機１から吐出された第１冷媒は、凝縮器２にて放熱し、圧縮機吐出温度検知手段６で検知された温度に基づいて第１絞り手段３で絞られて蒸発器４に流入し、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された圧力に基づいて第２絞り手段１８で圧力を調整された第２冷媒から吸熱して圧縮機１に吸入される。
また、蒸発器４にて第１冷媒に吸熱された第２冷媒は、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された圧力から算出される凝縮温度と、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段２８で検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて、第３絞り手段１９で絞られる。
一方、室外熱交換器１５から流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段２１で検知された圧力から算出される凝縮温度と、室外熱交換器第２温度検知手段２６で検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて室外熱交換器用絞り手段１７で絞られる。
第３絞り手段１９で絞られた第２冷媒と、室外熱交換器用絞り手段１７で絞られた第２冷媒は合流し、室内熱交換器１２ａ、１２ｂにて室内空気から吸熱する。室内熱交換器用絞り手段１４ａ、１４ｂは、第２圧縮機吸入圧力検知手段２２で検知された圧力から算出される蒸発温度と、室内熱交換器第１温度検知手段２３ａ、２３ｂで検知された温度の差から求まる、それぞれの過熱度に基づいて室内熱交換器１２ａ、１２ｂを流通する第２冷媒を調整する。
そして、室内熱交換器１２ａ、１２ｂから流出した第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段１３ａ、１３ｃを通って、第２圧縮機１１に吸入される。この場合、室内熱交換器用開閉手段１３ｂ、１３ｄおよび室外熱交換器用開閉手段１６ａは閉じられており、第２冷媒が流通しないようになっている。
図４は、室内熱交換器１２ａを凝縮器として、室内熱交換器１２ｂを蒸発器として利用して第２冷凍回路２０を冷暖同時運転し、第１冷凍回路５も運転する場合の例を示す回路図である。なお、図４中黒塗りつぶされた開閉手段は閉状態であることを示している。
図４に示すように、第２圧縮機１１から吐出された第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段１３ｂを通って室内熱交換器１２ａに流入し、室内空気に放熱する。また第１冷凍回路５では、圧縮機１から吐出された第１冷媒は、凝縮器２にて放熱し、圧縮機吐出温度検知手段６で検知された温度に基づいて第１絞り手段３で絞られて蒸発器４に流入し、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された圧力に基づいて、第２絞り手段１８で圧力を調整された第２冷媒から吸熱して圧縮機１に吸入される。
また、蒸発器４にて第１冷媒に吸熱された第２冷媒は、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された圧力から算出される凝縮温度と、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段２８で検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて第３絞り手段１９で絞られる。
一方、室内熱交換器１２ａから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段２１で検知された圧力から算出される凝縮温度と、室内熱交換器第２温度検知手段２４ａで検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて室内熱交換器用絞り手段１４ａで絞られる。
第３絞り手段１９で絞られた第２冷媒と、室内熱交換器用絞り手段１４ａで絞られた第２冷媒とは合流し、室内熱交換器１２ｂおよび室外熱交換器１５にて、室内空気と室外空気から吸熱する。
室内熱交換器用絞り手段１４ｂと室外熱交換器用絞り手段１７は、第２圧縮機吸入圧力検知手段２２で検知された圧力から算出される蒸発温度と、室内熱交換器第１温度検知手段２３ｂおよび室外熱交換器第１温度検知手段２５で検知された温度の差から求まる、それぞれの過熱度に基づいて室内熱交換器１２ｂおよび室外熱交換器１５を流通する第２冷媒を調整する。
そして、室内熱交換器１２ｂおよび室外熱交換器１５から流出した第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段１３ｃと室外熱交換器用開閉手段１６ａを通って、第２圧縮機１１に吸入される。この場合、室内熱交換器用開閉手段１３ａ、１３ｄおよび室外熱交換器用開閉手段１６ｂは閉じられており、第２冷媒が流通しないようになっている。
図５は、室内熱交換器１２ａを蒸発器として、室内熱交換器１２ｂを凝縮器として利用して第２冷凍回路２０を冷暖同時運転し、第１冷凍回路５も運転する場合の例を示す回路図である。なお、図５中黒塗りつぶされた開閉手段は閉状態であることを示している。
図５に示すように、室内熱交換器用開閉手段１３ａ、１３ｄを開状態とし、室内熱交換器開閉手段１３ｂ、１３ｃを閉状態として、室外熱交換器開閉手段１６ａおよび１６ｂの開閉状態は変えず運転する。
以上のような運転状態で、第２冷凍回路２０が暖房運転で室内空気への放熱量が多く必要な場合（例えば、室内の温度が５℃で、設定温度が３０℃）や、冷房運転で室外空気の温度が高く（例えば、４０℃）、室外熱交換器１５に流入する第２冷媒の温度を室外空気の温度以上としなければならない場合、第２冷凍回路２０の高圧側圧力が高くなる。
そのため、蒸発器４に流入する第２冷媒も圧力が高くなることで、凝縮温度が高くなる（例えば、５０℃）ため、第１冷凍回路５の蒸発温度も高くなる。このときに、蒸発温度が低い時と同等のエンタルピ差を確保する場合、蒸発器４から流出する第１冷媒の過熱度が大きくなる。
このような場合に、本実施形態においては、制御部２９は第１冷凍回路吐出温度抑制モードによる制御を行う。
図６は第１冷凍回路吐出温度抑制モードによる動作を示すフローチャートである。
図６に示すように、制御部２９は、運転を開始した場合、第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が３．０ＭＰａより高いか否か判断する（ＳＴ１）。そして、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が３．０ＭＰａより高いと判断した場合には（ＳＴ１：ＹＥＳ）、制御部２９は、第２絞り手段１８の開度を減少する（ＳＴ２）。
次に、制御部２９は、第２冷凍回路２０の蒸発器４の出口での第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ_ｏ_ｒ２が３Ｋ≦ＳＣｅｖａ_ｏ_ｒ２≦７Ｋの範囲にあるか否か判断する（ＳＴ３）。そして、第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ_ｏ_ｒ２が所定値の範囲内にある場合は（ＳＴ３：ＹＥＳ）、制御部２９は、第３絞り手段１９の開度を維持するように制御する（ＳＴ４）。
また、第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ_ｏ_ｒ２が範囲内にない場合であって（ＳＴ３：ＮＯ）、７Ｋより大きい場合は（ＳＴ５：ＹＥＳ）、第３絞り手段１９の開度を増加するよう制御する（ＳＴ６）。逆に、第２冷媒の過冷却度ＳＣｅｖａ_ｏ_ｒ２が３Ｋより小さい場合は（ＳＴ５：ＮＯ）、第３絞り手段１９の開度を減少するよう制御する（ＳＴ７）。
一方、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が３．０ＭＰａ以下と判断した場合には、制御部２９は、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が過度に低下しないように、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２の下限値である２．６ＭＰａより高いか否か判断する（ＳＴ８）。
そして、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が下限値である２．６ＭＰａより高い場合は（ＳＴ８：ＹＥＳ）、制御部２９は、第２絞り手段１８の開度を維持するよう制御する（ＳＴ９）。逆に、第２冷媒の圧力Ｐｅｖａ＿ｒ２が下限値である２．６ＭＰａより低い場合は（ＳＴ８：ＮＯ）、制御部２９は、第２絞り手段１８の開度を増加するよう制御する（ＳＴ１０）。
そして、第２絞り手段１８の制御を行った後、制御部２９は、ＳＴ３からＳＴ７のフローに基づいた第３絞り手段１９の制御を行う。
このように制御することで、蒸発器４内の第２冷媒の高圧側圧力が低下して、蒸発器４における第１冷媒と第２冷媒の熱交換量が低下し、蒸発器４の出口での第１冷媒の過熱度を低下させることができる。これにより、圧縮機１の吐出温度も低下することになる。
以上のように、本実施の形態においては、制御部２９は、蒸発器４内の第２冷媒の圧力が所定値以下となるように、第２絞り手段１８の開度を小さくする第１冷凍回路吐出温度抑制モードを備えているので、蒸発器４内の第２冷媒の高圧側圧力が低下して、蒸発器４における第１冷媒と第２冷媒との熱交換量が低下を低下させることができ、蒸発器４の出口での第１冷媒の過熱度が低下して圧縮機１の吐出温度を低下させることができる。
これによって、第２冷凍回路２０の凝縮温度が高くなる暖房負荷が高い時や、外気温度が高い条件での冷房運転の場合でも、圧縮機１の吐出温度を低下し、圧縮機１の信頼性を向上することができる。
また、第２冷凍回路２０の凝縮温度によらず、蒸発器４での第２冷媒の圧力が個別に制御可能なため、例えば、室内熱交換器１２ａ，１２ｂで高い凝縮温度が必要となる高温風暖房運転と、第１冷凍回路５との同時運転を行うことができる。
なお、本実施の形態では、第２絞り手段１８の開度を蒸発器４内の第２冷媒の圧力を第２冷凍回路蒸発器入口圧力検知手段２７で検知された圧力に基づいて調整しているが、図１に示すように、第２冷凍回路蒸発器中間温度検知手段３０で検知された温度や、圧縮機吸入温度検知手段３１で検知された温度、あるいは圧縮機吸入圧力検知手段３２で検知された圧力に基づいて調整することもできる。
また、本実施の形態では、第３絞り手段１９の開度を過冷却度ＳＣｅｖａ＿ｏ＿ｒ２に基づいて調整しているが、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段２８で検知された温度に基づいて調整することで、圧縮機１の吸入温度が上限を超えないように制御することもできる。
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、二元冷凍サイクルにおける高段側冷凍回路の圧縮機吐出温度の上昇を抑制するもので、空気調和機、チラー、乾燥機、給湯空調複合装置、温水暖房機等の用途に適用できる。
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 第１絞り手段
４ 蒸発器
５ 第１冷凍回路
１８ 第２絞り手段
１９ 第３絞り手段
２０ 第２冷凍回路
２９ 制御部

Claims (2)

  1. 圧縮機、凝縮器、第１絞り手段、蒸発器を配管で接続し、第１冷媒を循環させる第１冷凍回路と、
    第２冷媒を循環させ、前記蒸発器で前記第１冷凍回路と熱交換を行う第２冷凍回路と、
    前記第２冷凍回路の前記蒸発器の入口および出口に配設した第２絞り手段および第３絞り手段と、
    前記第２絞り手段および前記第３絞り手段の開度制御を行う制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記蒸発器内の前記第２冷媒の圧力が所定値以下となるように、前記第２絞り手段の開度を小さくする第１冷凍回路吐出温度抑制モードを備えていることを特徴とするヒートポンプ装置。
  2. 前記第１冷凍回路吐出温度抑制モードは、前記蒸発器の出口における前記第２冷媒の過冷却度に基づいて前記第３絞り手段の開閉制御をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
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