JP2020003151A - ヒートポンプ、ヒートポンプの制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、蒸発器での熱交換量は必ずしも一定ではなく、環境要因等で変動する可能性がある。このため熱交換器から低段側圧縮機に導入される冷媒の温度は一定ではなく、低段側圧縮機に導入される冷媒が、低段側圧縮機での圧縮に最適な状態とはならず、ヒートポンプ全体として効率のよい運転を行うことができない場合がある。
さらに四方切換弁を経由せずに蒸発器からの冷媒を低段側圧縮機、又は、直接に高段側圧縮機に導入可能となっている。よって四方切換弁を有して冷媒の流通経路を変更可能なヒートポンプであっても、容易に、蒸発器からの冷媒を最適な圧縮が可能な圧縮機へ導入可能とするように、バイパス流路の追設等が可能である。
図1に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ1は、二段圧縮サイクルで運転を行う冷媒回路2を備える。冷媒回路2は、低段側圧縮機3、高段側圧縮機4、凝縮器5、膨張部6、及び蒸発器7を有し、これらの構成要素がこの順に配管10(流路)によって接続されている。そして冷媒回路2を例えば二酸化炭素等の冷媒が循環する。ここで冷媒は特に二酸化炭素に限定されない。
高段圧縮機本体4bは、低段オイルセパレータ3cに段間配管10aによって接続されている。そして高段圧縮機本体4bは、段間配管10aの途中に合流するアキュムレータ配管10cに接続されて上流から流入する冷媒の気液分離を行う高段アキュムレータ4aをさらに有している。高段圧縮機本体4bは、低段オイルセパレータ3cからの冷媒に加え、高段アキュムレータ4aからの冷媒の気相を圧縮するようになっている。
ホットガス回路50は、第一空気熱交換部32aと膨張弁6aとの間と、第二空気熱交換部32bと膨張弁6bとの間とを接続する熱交換器間配管51と、この熱交換器間配管51から分岐して低段アキュムレータ3aと四方切換弁11との間でアキュムレータ配管10cに接続されたホットガス配管52とを有している。即ち、ホットガス回路50は、第一空気熱交換部32aと膨張弁6aとの間(及び第二空気熱交換部32bと膨張弁6bとの間)と、低段側圧縮機3の入口とを連通可能に設けられている。
図1に示すように、運転パターン1では、制御部14は、四方切換弁11を動作させ、ポートDとポートAとを連通させる。さらに、ポートBとポートCとを連通させる。これにより、高段側圧縮機4からの冷媒を凝縮器5へ導入させ、かつ、蒸発器7からの冷媒を低段側圧縮機3に導入させる。この場合の冷媒の流通経路を第一経路とする。
図2に示すように、運転パターン2では、制御部14は、四方切換弁11を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
運転パターン2は、水熱交換器31から流出する冷媒の温度と、空気熱交換器32から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、水熱交換器31から流出する冷媒の温度及び空気熱交換器32から流出する冷媒の温度と、凝縮器5から流出する冷媒の温度との間に所定値以上の温度差が存在する場合に実施される。以下、「水熱交換器31から流出する冷媒の温度」とは、第一空気熱交換部32aから流出する冷媒と第二空気熱交換部32bから流出する冷媒とが合流した後の冷媒の温度を意味する。
図3に示すように、運転パターン3では、制御部14は、四方切換弁11を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
運転パターン3は、水熱交換器31から流出する冷媒の温度が空気熱交換器32から流出する冷媒の温度よりも大きい場合に実施される。
図4に示すように、運転パターン4では、制御部14は、四方切換弁11を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
図5に示すように、運転パターン5では、制御部14は、四方切換弁11を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
運転パターン4は、水熱交換器31から流出する冷媒の温度が空気熱交換器32から流出する冷媒の温度よりも小さい場合に実施される。
図6に示すように、デフロスト運転パターン1では、制御部14は、四方切換弁11を動作させ、ポートDとポートCとを連通させる。さらに、ポートBとポートAとを連通させる。これにより、高段側圧縮機4からの冷媒を蒸発器7へ導入させ、かつ、凝縮器5からの冷媒を低段側圧縮機3に導入させる。この場合の冷媒の流通経路を第二経路とする。
図7に示すように、デフロスト運転パターン2では、制御部14は、四方切換弁11を動作させ、冷媒の流通経路を第二経路とする。さらに制御部14は弁装置15を動作させて接続配管10bを閉塞する。
図8に示すように、ホットガス運転パターンでは、制御部14は、四方切換弁11を動作させ、冷媒の流通経路を第二経路とする。さらに制御部14は膨張弁6a、6bを動作させて接続配管10bを閉塞する。
2…冷媒回路
3…低段側圧縮機
3a…低段アキュムレータ
3b…低段圧縮機本体
3c…低段オイルセパレータ
4…高段側圧縮機
4a…高段アキュムレータ
4b…高段圧縮機本体
4c…高段オイルセパレータ
5…凝縮器
6…膨張部
6a、6b…(第二)膨張弁
6c…(第一)膨張弁
7…蒸発器
10…配管(流路)
10a…段間配管
10b…接続配管
10c…アキュムレータ配管
10d…吐出配管
10e…凝縮器接続配管
10f…導入配管
10g…熱交接続配管
11…四方切換弁
12…バイパス流路
13…開閉弁
14…制御部
15…弁装置
16…逆止弁
21…第一弁
22…第二弁
23…第三弁
24…第四弁
25…第五弁
26…第六弁
27…逆止弁
31…水熱交換器(第一熱交換器)
32…空気熱交換器(第二熱交換器)
32a…第一空気熱交換部
32b…第二空気熱交換部
41…水熱交低段バイパス部
42…水熱交高段バイパス部
43…空気熱交低段バイパス部
44…空気熱交高段バイパス部
50…ホットガス回路
51…熱交換器間配管
52…ホットガス配管
Claims (13)
- 冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
を備えるヒートポンプ。 - 前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁及び前記四方切換弁を動作させる制御部と、
をさらに備える請求項1に記載のヒートポンプ。 - 前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有する請求項2に記載のヒートポンプ。 - 前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路を備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備える請求項3に記載のヒートポンプ。 - 前記制御部は、前記四方切換弁に前記第二経路を選択させ、かつ前記第一弁、前記第二弁、前記第三弁、及び前記第四弁を動作させて前記バイパス流路を閉塞することで、前記逆止弁を介して前記高段側圧縮機からの冷媒を前記第二熱交換器に導入させる請求項4に記載のヒートポンプ。
- 前記凝縮器と前記膨張部との間に弁装置をさらに備え、
前記制御部は、前記弁装置を動作させることで前記凝縮器から前記膨張部への冷媒の流れを停止させ、前記四方切換弁に前記第二経路を選択させ、前記第一弁を動作させて前記第一熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第二弁、前記第三弁、及び前記第四弁を動作させて前記第一熱交高段バイパス部、前記第二熱交低段バイパス部、及び前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する請求項4に記載のヒートポンプ。 - 前記膨張部は、
前記凝縮器と前記第一熱交換器との間で該第一熱交換器の入口に設けられた第一膨張弁と、
前記第一膨張弁と並列に配置され、前記凝縮器と前記第二熱交換器との間で該第二熱交換器の入口に設けられた第二膨張弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記第二膨張弁との間と、前記低段側圧縮機の入口とを連通可能に設けられたホットガス回路と、
前記ホットガス回路に設けられた第五弁と、
前記ホットガス回路に設けられて前記第二熱交換器の入口から前記低段側圧縮機の入口へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第二膨張弁を動作させて前記凝縮器から前記第二膨張弁への冷媒の流れを停止させ、かつ前記第五弁を動作させて前記ホットガス回路を開放することで、前記逆止弁を介して前記第二熱交換器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる請求項5に記載のヒートポンプ。 - 前記制御部は、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも小さい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放し、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも大きい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する請求項4から7のいずれか一項に記載のヒートポンプ。 - 前記制御部は、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記凝縮器から流出する冷媒の温度と、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放する請求項4から8のいずれか一項に記載のヒートポンプ。 - 前記制御部は、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度及び前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記凝縮器から流出する冷媒の温度との間に温度差が存在する場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する請求項4から9のいずれか一項に記載のヒートポンプ。 - 冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路をさらに備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えるヒートポンプの制御方法であって、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも小さい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放し、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも大きい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞するヒートポンプの制御方法。 - 冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路をさらに備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えるヒートポンプの制御方法であって、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記凝縮器から流出する冷媒の温度と、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放するヒートポンプの制御方法。 - 冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路をさらに備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えるヒートポンプの制御方法であって、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度及び前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記凝縮器から流出する冷媒の温度との間に温度差が存在する場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞するヒートポンプの制御方法。
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