JP2023534247A - 温度管理システム、ヒートポンプ、および潤滑剤温度を制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システム（２）の潤滑剤貯留器（１）に貯留される潤滑剤（３）用の温度管理システムに関する。また本発明は、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システム（２）の潤滑剤貯留器（１）に貯留される潤滑剤（３）の潤滑剤温度を制御する方法に関する。本発明はさらに、本発明によって設計された温度管理システムを有するヒートポンプに関する。本発明によると、潤滑剤の長寿命化およびヒートポンプの動作性能の向上のために、潤滑剤（３）の温度を柔軟に、動的に、かつ要望に沿って設定可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システムの潤滑剤貯留器に貯留される潤滑剤用の温度管理システムに関し、温度管理システムは、潤滑剤の潤滑剤実温度を測定するよう構成された温度測定部と、温度測定部に信号技術レベルで接続され、測定された潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲内かどうかを確認するよう構成された制御部と、制御部に信号技術レベルで接続され、潤滑剤を加熱または冷却するよう構成された温度調整要素とを備える。本発明はさらに、このような温度管理システムを備えるヒートポンプ、特には高温ヒートポンプに関する。さらには、本発明は、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システムの潤滑剤貯留器に貯留される潤滑剤の潤滑剤温度を制御する方法に関する。

本発明は、主にヒートポンプなどの熱力学的加熱システム、特に高温ヒートポンプに使用される（が、これに限らない）。しかしながら、本発明が例えば冷蔵庫や空気調和システムなどの熱力学的冷却システムにおいて実施されることは除外されない。

ヒートポンプの技術は一般によく知られている。ヒートポンプは、例えば、技術的または機械的な作用を利用して、第１外部媒体（例えば大気や液体など）から熱エネルギーを吸収し、それを、使用駆動エネルギーとしてだけでなく、有用なエネルギーまたは有用な熱として第２外部媒体に移動させるために使用される。第２外部媒体は、被加熱媒体である。このようなシステムを地熱プラントで実施する場合、地中岩石に含まれる液体である第１外部媒体が提供され得るが、工業プロセスにおいては、廃熱も第１外部媒体として機能し得る。

現在、ヒートポンプは、特に建物を暖めるために使用されている。しかしながら、工業プロセスに必要とされる熱を発生させるためにヒートポンプを使用するという用途も知られてきている。工業プロセスには、媒体の温度が１００°Ｃを超える高温ヒートポンプがよく使用される。

独国特許出願公開第１０２０１１０８６４７６Ａ１号には、高温ヒートポンプの例を用いて、基本的なヒートポンプ原理が明確に記載されている。このヒートポンプは、技術的作用によって少なくとも１つの第１貯留器から流体（作動媒体）によって熱エネルギーを吸収し、流体によって少なくとも１つの第２貯留器に熱エネルギーを伝達してこの第２貯留器を加熱する、流体回路を備える。

ヒートポンプ（および高温ヒートポンプ）は、標準的には、蒸発部、凝縮部、膨張部に加えて、流体回路を循環する作動媒体を圧縮するための圧縮機を備える。蒸発部で液体から気体状に変化した作動媒体が圧縮機によって吸引され、この作動媒体を液化するのに必要な圧力レベルに圧縮される。駆動される（例えば電気的に駆動される）圧縮機が、蒸気状の作動媒体を低レベルの出口圧力からそれより高レベルの最終圧力に圧縮する過程において、作動媒体の温度が上昇する。圧縮機は、例えば、往復動圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、ローリングピストン型圧縮機、およびロータリ圧縮機など様々な圧縮機の種類が従来技術から知られている（このリストが全てではない）。例えば往復動圧縮機は、ピストンがこれを包囲するシリンダ内で下方に移動する際に、運動するピストンが吸入弁を介して気体状の作動媒体を吸引するという原理に基づいている。ピストンが上方移動を行うときに作動媒体が圧縮される。往復動圧縮機では、作動媒体の圧縮中は吸入弁が閉鎖されている。シリンダ内の圧力が圧縮機の高圧側の圧力レベルを超えると、作動媒体は、圧力弁を介して圧縮機から吐出される。本発明に関連しないため、他の種類の圧縮機に関する実施の形態についてはここでは省略する。「圧縮機」は「コンプレッサ」と同義に使用され得る。以下では、一貫して「圧縮機システム」と言う語を使用する。実際の圧縮機は、通常、圧縮機を駆動する駆動部（例えば電気モータ）や潤滑剤貯留器などの他の構成要素と直接的に相互作用するためである。

本発明は、開放型圧縮機システム、半密閉型圧縮機システム、または密閉型圧縮機システムを含む、様々なデザインの圧縮機システムに関連し得る。開放型圧縮機システムでは、駆動部（モータ）が圧縮機から構造的に分離されている。圧縮機の駆動軸がハウジングから引き出され、駆動部に連結される。半密閉型圧縮機システムでは、駆動部と圧縮機とが共通のハウジング内に配置される。密閉型圧縮機システムでも、駆動部と圧縮機とが共通のハウジング内に配置されるが、半密閉型圧縮機システムと対照的に、外側が完全に溶接される。

一般に、上述した圧縮機または圧縮機システムは、潤滑剤を保持する潤滑剤貯留器を備える。潤滑剤は、潤滑剤混合物とも理解可能である。潤滑剤は、圧縮機または圧縮機システムの部品、特には、圧縮機の可動部品（例えば、ピストン、シリンダ、軸受、弁等）を潤滑するために使用される。周知の潤滑剤貯留器は、「オイルサンプ（油溜め）」と称されることが多い。しかしながら、「オイル（油）」以外の潤滑剤も取り扱われる可能性があるため、本願では一貫して「潤滑剤貯留器」という語を使用する。オイルまたは潤滑剤がオイルサンプまたは潤滑剤貯留器から吸引され、潤滑対象の各部へ搬送される。

ヒートポンプが静止状態のとき、液状の作動媒体（例えば冷媒）が圧縮機のオイルサンプ（潤滑剤貯留器）に蓄積し、オイルまたは潤滑剤と混合すること、あるいは、気体状の作動媒体がこれに溶解し得ることが知られている。結果として、オイルまたは潤滑剤の粘度が減少したり、潤滑効果が低減することがある。潤滑剤の他の潤滑特性も、作動媒体が潤滑剤に溶解することまたは潤滑剤と混合することにより、悪影響を受ける可能性がある。潤滑剤ではなく潤滑剤と作動媒体との混合物が潤滑対象領域に搬送されると、潤滑効果の減少につながり得る。これにより、最終的には、可動部品同士間または軸受で摩擦が増加することになり、機械的な摩耗が増大するおそれがある。これを防止するために、現在は、ヒートポンプが静止状態のときに潤滑剤を加熱可能なオイルヒータまたは潤滑剤加熱器が使用される。このような加熱システムを、オイルサンプまたは潤滑剤貯留器に配置された電気的加熱ロッドの形態で実現することが知られている。また、加熱システムは、オイルサンプまたは潤滑剤貯留器を包囲する複数の電気的加熱片の形態でも知られている。

ヒートポンプを起動または開始する前に、潤滑剤に混合または溶解した作動媒体の大部分を潤滑剤から確実に除去しなければならない。このため、潤滑剤が加熱される。

ヒートポンプの作動中は、実現可能な最高の潤滑効果を提供するためには、潤滑剤が最適な粘度であることを確実にすべきである。上述したように、潤滑剤の粘度は潤滑剤に溶解または分布した作動媒体（例えば冷媒）の割合に依存する一方、他方では潤滑剤の温度にも依存する。潤滑剤に対する作動媒体の溶解度は、潤滑剤の温度と、圧縮機システム内（特には潤滑剤貯留器内）の気体状の作動媒体の圧力とにより決まる。従前使用されていた作動媒体（例えばＲ１３４ａなどのハイドロフルオロカーボン）は潤滑剤への溶解度が比較的低いが、近年の作動媒体（ハイドロフルオロオレフィン）は、潤滑剤への溶解度が大幅に高いことが多い。したがって、ヒートポンプの圧縮機システムの稼働には、潤滑剤を、（ある一定の圧力における）作動媒体の凝縮温度を上回る温度レベルに維持することが重要である。同時に、潤滑剤の保存期間や寿命を最大限長くするには、潤滑剤温度をできるだけ低く維持する必要がある。したがって、ヒートポンプの圧縮機システムで使用される潤滑剤の温度を、柔軟に、動的に、かつ、状況に応じて設定することがますます求められている。

よって、本発明の目的は、潤滑剤の長寿命化を図る一方でヒートポンプの動作性能を向上させるために、柔軟で動的な、かつ要望に応じた潤滑剤の温度設定を可能にする、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システムの潤滑剤貯留器に貯留される潤滑剤用の温度管理システムを提供することである。本発明の提案のヒートポンプおよび本発明の提案の潤滑剤温度調整方法も同じ課題設定に基づく。

この課題を解決するために、請求項１の特徴を有する温度管理システムと、請求項８の特徴を有するヒートポンプと、請求項９の特徴を有する方法とが提案される。

各請求項において個別に列挙された特徴は、いかなる技術的に賢明な方法でも組み合わせ可能であり、本発明のさらなる実施形態を示し得る。本明細書は、特にはさらに図面と組み合わせて、本発明を記述し特定するものである。

また、本明細書において使用される、２つの特徴の間に配置されそれらを互いに接続する「および／または（かつ／または）」という接続詞は、常に以下のように解釈されるべきであることに留意されたい。すなわち、本発明の対象物の第１実施形態においては、第１の特徴のみが存在し、第２実施形態では第２の特徴のみが存在し、第３実施形態においては第１の特徴と第２の特徴との両方が存在することができる。

本発明は、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システムの潤滑剤貯留器に貯留される潤滑剤用の温度管理システムに関し、温度管理システムは、潤滑剤の潤滑剤実温度を測定するよう構成された温度測定部と、温度測定部に信号技術レベルで接続され、測定された潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲内かどうかを確認するよう構成された制御部と、制御部に信号技術レベルで接続され、潤滑剤を加熱または冷却するよう構成された温度調整要素とを備える。温度管理システムは、制御部が、
ａ．潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を超えていれば、温度調整要素に潤滑剤を冷却させ、
ｂ．潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を下回っていれば、温度調整要素に潤滑剤を加熱させるよう構成されていることを特徴とする。

本発明による温度管理システムが使用される上記のヒートポンプは、好適には高温ヒートポンプである。本発明の提案の温度管理システムは、熱吸収外部媒体の温度が１００°Ｃを超える高温ヒートポンプにおいて特に効果を発揮する。上記の圧縮機システムは、上述した種類の１または複数の圧縮機を備えることができるが、本発明は特に、１または複数の往復動圧縮機に基づく圧縮機システムに適している。複数の往復動圧縮機が圧縮機システムに実装される場合、すなわち、複数の往復動圧縮機が配置された構成では、これらの往復動圧縮機には、１つの共通の潤滑剤貯留器または各個別の潤滑剤貯留器から潤滑剤を供給可能である。したがって、「潤滑剤貯留器」は単一の潤滑剤貯留器とも複数の潤滑剤貯留器とも理解可能である。先に述べたように、オイルサンプまたは油溜めは、潤滑剤貯留器に包含され、また、ここで使用される潤滑剤は油である必要はない。圧縮機システムまたは圧縮機は、クランクケース（ピストン、連結ロッドおよびクランクシャフト）を含むことができ（すなわち、このような要素を備えることができ）、また、シリンダヘッド（ガスフローおよび弁システム）や上記の潤滑剤貯留器などの構成要素も含むことができる。

温度管理システムは、潤滑剤貯留器に貯留された潤滑剤の潤滑剤実温度を測定するよう構成された温度測定部を備える。複数の個別の潤滑剤貯留器が設けられる場合は、各潤滑剤貯留器の潤滑剤の潤滑剤実温度をそれぞれ測定するために、各潤滑剤貯留器にそれぞれ個別の温度測定部を割り当て可能である。

「温度測定部」は、所与のタイミングにおける潤滑剤の材料温度を測定するのに適したものである。本発明において使用される温度測定部は、可能な場合は、潤滑剤近傍の周囲温度を測定し、そこから潤滑剤実温度を導出または計算することもできる。

温度測定部は、潤滑剤に直接接触して接触計測により潤滑剤実温度を測定する測定用プローブを備えることができる。このような測定用プローブは、接触温度計とも称され、対象物（潤滑剤または測定される周囲媒体）との熱的接触を必要とする。本発明において使用可能な例示的な接触温度計は、膨張温度計、蒸気圧温度計、熱電温度計、抵抗温度計、温度センサ（温度出力を有する集積回路）、箔温度計、温度測定補強材、液晶温度計、および気体温度計を含む。

また温度測定部は、潤滑剤に接触せずに（測定対象物に直接物質的接触をせずに）潤滑剤実温度を計測する測定用プローブを備えることもできる。このような測定用プローブは、非接触温度計と称されることもある。赤外線センサを用いた潤滑剤の温度放射を含み得る。

温度測定部は、上述したように、信号技術レベルで制御部に接続されている。「信号技術レベルで接続」とは、一方向または双方向のデータ伝送が実行可能であることを意味する。これにより、温度測定部によって測定される潤滑剤実温度またはそれに対応するデータが制御部に送信される。温度測定部は、例えば前処理としてデータ加工を行い、生データを所望のデータフォーマットに変換することができる。しかしながら、データ加工は、追加的に行われずに制御部によって実施または補完されることも可能である。「信号技術レベルでの接続」は、有線または無線（ワイヤレス）での接続であり得る。特に、無線（ワイヤレス）接続は、例えば、無線（ラジオ）接続、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）接続、またはＷＬＡＮ接続などの電磁的伝送と理解できる。また、光データ通信という手段も、信号技術レベルでの無線（ワイヤレス）接続であるとみなされることになる。制御部は、圧縮機システムのハウジング内、圧縮機システムの近傍（例えば、ヒートポンプの制御部のハウジング内）、または外部に配置された要素である。また制御部は、外部の演算器、サーバ、クラウドサーバ、または同等物でもあり得る。

上述したように、制御部は、測定された潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲内かどうかを確認するよう構成されている。この目的のために、制御部は、潤滑剤実温度と目標潤滑剤温度範囲とのコンピュータ的またはアルゴリズム的データ比較を実行するよう構成可能である。制御部は、例えば経験値、機械値、その他に基づいて決定された目標潤滑剤温度範囲のデータが格納されたデータベースを含むことができる。このようなデータベースは、制御部が適切な信号データ接続を介して格納データにアクセス可能なように制御部の外部に構成することもできる。同様に、制御部は、目標潤滑剤温度範囲を特定のパラメータ（例えば、潤滑剤貯留器内の圧力）に応じて動的に調節可能でこの範囲を潤滑剤実温度との比較の基礎とする手段を備えることができる。上記の動作を実行するために、制御部は、計算部またはデータ処理部を備えることができる。制御部は、複数の信号接続インターフェースを有することができ、それらを介して、信号技術レベルで、例えば、温度測定部、温度調整部、および、場合によっては他の構成要素と接続可能である。

上述したように、温度管理システムは、制御部に信号技術レベルで接続され、潤滑剤を加熱または冷却するよう構成された温度調整要素を備える。温度調整要素は、例えば、加熱媒体または冷却媒体（例えば水）が流通可能で、潤滑剤貯留器のハウジング壁やハウジング床などの被覆要素に組み込まれた、または配置された、空洞室や流路の形態で形成される。また、温度調整要素は、互いに連通した複数の流路（すなわち流路システム）または複数の空洞室（すなわち、空洞室システム）とも理解可能である。複数の流路または空洞室は非連通でもよい。このように、制御部は、複数の温度調整要素と信号技術レベルで接続可能である。温度調整要素は、通常、加熱媒体または冷却媒体の供給ラインを適切な温度に制御または調整する制御および／または調整部を備える。この目的のために、制御および／または調整部は、適切な給排部（例えばポンプ）と相互作用することができ、それにより、加熱媒体または冷却媒体の給排が行われ、所望の加熱温度または冷却温度が提供される。この場合、加熱媒体または冷却媒体はヒートポンプの外部供給源に由来することもできるが、ヒートポンプへの熱エネルギーまたはヒートポンプによって吸収される熱でもよく、これが１または複数の温度調整部に供給される。加熱媒体または冷却媒体を混合する混合部を設けることも想定できる。混合部は、加熱媒体または冷却媒体を所望の温度にするために異なる温度の媒体を混合する。制御部は、特に、温度調整要素の制御および／または調整部に信号技術レベルで接続可能である。

潤滑剤実温度と目標潤滑剤温度範囲との比較の結果、制御部で、潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を超える（実温度がこの範囲よりも高い、すなわち、温かい）と判断された場合、制御部は、温度調整要素に潤滑剤を冷却させる。この目的のために、制御部はまず、（目標潤滑剤温度範囲を超える潤滑剤実温度に基づいて）検知信号を生成することができ、この信号がコマンド信号に変換され、これが、温度調整要素またはその温度調整要素に関連付けられた制御および／または調整部に伝達された後、温度調整要素に適切な温度の冷却媒体を流通させることにより、潤滑剤を冷却させる。潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲におさまる程度に潤滑剤を冷却するのに必要な、温度調整要素（例えば冷却媒体）の設定温度は、当該温度調整要素に割り当てられた制御および／または調整部、制御部、またはこれらの相互作用により決定できる。

潤滑剤実温度と目標潤滑剤温度範囲との比較の結果、制御部で、潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を下回る（実温度がこの範囲よりも低い、すなわち、冷たい）と判断された場合、制御部は、温度調整要素に潤滑剤を加熱させる。この目的のために、制御部はまず、（目標潤滑剤温度範囲を下回る潤滑剤実温度に基づいて）検知信号を生成することができ、この信号がコマンド信号に変換され、これが、温度調整要素または当該温度調整要素に割り当てられた制御および／または調整部に伝達された後、温度調整要素に適切な温度の加熱媒体を流通させることにより、潤滑剤を加熱させる。潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲におさまる程度に潤滑剤を加熱するのに必要な、温度調整要素（加熱媒体）の設定温度は、当該温度調整要素に割り当てられた制御および／または調整部、制御部、またはこれらの相互作用により決定できる。

本発明による温度管理システムによって、潤滑剤温度を柔軟かつ動的に調節することができる。このシステムによって、即時の潤滑剤の温度制御が可能になり、必要に応じて潤滑剤温度の調節も可能である。この温度管理システムは、継続的な使用、すなわち、継続的な動作に適しており、換言すると、潤滑剤温度が継続的に確認および調節されるということである。所定の時間間隔で、その代わりまたはそれに加えて、使用者が指定した（所望の）タイミングで行うことも可能である。

本発明による温度管理システムのさらに有利な実施形態は、従属請求項に記載の特徴および下記の特徴から生じる。従属請求項に列挙した特徴も参照する。

本発明により提案される温度管理システムの第１実施形態によると、システムは、制御部に信号技術レベルで接続され、潤滑剤貯留器内の圧力を測定するよう構成された圧力測定部を備えることができる。「圧力」は、少なくとも部分的に潤滑剤に溶解し得る作動媒体の蒸気圧とも理解できる。実際には、圧力は、潤滑剤貯留器に結合された、圧縮機システムのハウジング部内、例えば、クランクケース内で測定できる。この圧力は、潤滑剤貯留器内の液体潤滑剤の上方の（作動媒体の）気体圧力に相当する。クランクケースおよび潤滑剤貯留器は、ヒートポンプの低圧側（蒸発器、圧縮機ガス吸入口）に連結可能である。圧力は、潤滑剤貯留器内の潤滑剤表面の領域で直接測定される必要はなく、それに比例する圧力が圧縮機システムの別の箇所で調査または計測されることも問題なく可能である。

圧力は、継続的に、または所定の時間間隔で、あるいは、所望のタイミングで測定することができる。測定された圧力値は、制御部へ送信される。圧力測定部では、測定圧力値の前処理を行うこともでき、例えば、圧力値をその後の処理に適したデータフォーマットにすることもできる。記録または前処理された圧力値は、制御部においても処理することができる。圧力測定部と制御部との信号技術レベル接続は、有線でも無線でも可能である。圧力測定部は、単一の圧力センサを備えることもでき、また複数の圧力センサを備える構成も可能である。複数の圧力センサが設けられる場合は、全ての圧力センサが信号技術レベルで制御部に接続可能である。複数の圧力センサが信号技術レベルで共通のマイクロコントローラに接続され、そこで収集された圧力値データがこのマイクロコントローラから一括して、信号的に接続された制御部に送信される構成も可能である。マイクロコントローラまたは制御部では、（作動媒体の気体圧力に比例または対応する）潤滑剤貯留器の圧力として、個々の圧力センサの圧力値から平均圧力値を計算することができる。

本発明により提案される温度管理システムの別の施形態によると、目標潤滑剤温度範囲が、潤滑剤貯留器内の圧力に基づく作動媒体の凝縮温度に対応する下限温度を有することが可能である。凝縮温度は、物質（ここでは作動媒体）が所与の圧力で凝縮する、すなわち、物理的に気体から液体へ状態変化する温度である。潤滑剤貯留器内の圧力は、上述の圧力測定部で測定され、下限温度の計算に使用される。さらに、例えば、制御部またはデータベースに格納された、潤滑剤に固有のデータまたは作動媒体に固有のデータなどの他の特徴的数値もこの計算に使用することができる。したがって、目標潤滑剤温度範囲は少なくとも部分的に、潤滑剤貯留器または圧縮機システム（例えばクランクケース）に存在する特定の条件から導出される。これが、温度制御、そして場合によっては温度管理システムによる調整が、常に状況に適したものになる理由である。

本発明により提案される温度管理システムの別の施形態によると、目標潤滑剤温度範囲は、作動媒体の凝縮温度を上回る、２Ｋから１５Ｋ、好適には５Ｋから１０Ｋの上限温度を有することが可能である。上述の下限温度および上限温度によって決定された目標潤滑剤温度範囲は主に経験値に基づき、そのため、潤滑剤実温度がこの目標潤滑剤温度範囲内であればヒートポンプの圧縮機システムの確実な動作が保証される。これは、圧縮機システムの始動または起動、およびその動作中の両方においてであり、その際、圧縮機部品の十分な潤滑が保証されなければならない。

本発明により提案される温度管理システムの別の施形態によると、制御部が、所定タイミングにおける下限温度を、その所定のタイミングにおいて潤滑剤貯留器で測定された圧力を考慮して特定するよう構成されていることが可能である。この計算は、制御部で実行されるソフトウェア、計算ルーチン、またはアルゴリズムを使用して実行できる。さらには、制御部が、目標潤滑剤温度範囲を動的に調節、すなわち、決定された下限温度と、作動媒体の凝縮温度を上回る、２Ｋから１５Ｋ、好適には５Ｋから１０Ｋである上限温度とを考慮して調節するよう構成されていることが可能である。動的に調節とは、目標潤滑剤温度範囲を、特に潤滑剤貯留器内または圧縮機システム内における所与のタイミングでの条件に合わせることを意味すると理解される。したがって、潤滑剤に溶解または混合された作動媒体（例えば冷却媒体）の割合も考慮される。これは、作動媒体の凝縮温度に、また場合によっては、潤滑剤貯留器内の支配的な圧力に、直接的に影響するからである。好適には、制御部は、圧縮機システムまたはヒートポンプの稼働中に圧縮機部品が常に確実かつ十分に潤滑されるように、常に目標潤滑剤温度範囲内になるように潤滑剤実温度を調整するよう構成される。

冒頭に述べたように、本発明の根底にある目的は、本発明によって開発された温度管理システムを備えるヒートポンプ、特には高温ヒートポンプによっても達成される。高温ヒートポンプで使用される場合、高温ヒートポンプの始動時に、圧縮機システムの潤滑剤に溶解する気体状の作動媒体ができるだけ少ないことが信頼性の高い動作に特に関係する。さらに、高温ヒートポンプの動作は、圧縮機部品の確実な潤滑と非常に強い関連を示す。高温ヒートポンプに本発明による温度管理システムを実装することで、これらの要求に確実に応えられる。

さらに、冒頭に述べたように、本発明の根底にある目的は、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システムの潤滑剤貯留器に貯留される潤滑剤の潤滑剤温度を制御する方法によっても達成される。この方法は、
ａ．潤滑剤貯留器内の圧力を測定するステップと、
ｂ．ステップａ．で測定された圧力に基づいて、作動媒体の凝縮温度を特定するステップと、
ｃ．下限温度がステップｂ．で決定された凝縮温度で上限温度が作動媒体の凝縮温度を上回り、２Ｋから１５Ｋ、好適には５Ｋから１０Ｋである、目標潤滑剤温度範囲を特定するステップと、
ｄ．潤滑剤の潤滑剤実温度を測定するステップと、
ｅ．潤滑剤実温度を目標潤滑剤温度範囲と比較して、
・潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を超えていれば、潤滑剤を冷却し、
・潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を下回っていれば、潤滑剤を加熱するステップとからなる。

測定圧力は、潤滑剤貯留器または圧縮機システム（例えば、潤滑剤貯留器または他の構成要素に連結されたクランクケース）内の作動媒体（例えば冷媒）の凝縮圧力に対応することを強調しておく。潤滑剤貯留器およびクランクケースは圧縮機システムの低圧側（蒸発器、圧縮機ガス吸入口）に直接接続され得るため、凝縮圧力は、この低圧側を参照することができる。潤滑剤貯留器内または連結されたクランクケース（または圧縮機システムの他の構成要素）内の（測定可能な）検出可能圧力は、作動媒体の凝縮圧力に対応または呼応する。凝縮圧力に基づいて作動媒体の凝縮温度を算出することができる。ただし、他のパラメータ、測定値、経験的データ等もこの目的のために含むことができる。しかし、凝縮温度を凝縮圧力から直接算出することも可能である（場合によっては、作動媒体に固有の識別データ、または潤滑剤貯留器／クランクケースもしくはガスが存在する空間の形状寸法もしくは容量を考慮する）。

本発明による方法は、継続的に、または特定の時間間隔で実行することができる。したがって、方法を半継続的に、または不連続的に行うことも可能である。この方法は、必要に応じて実行可能であり、特には、方法が自動化や半自動化されること、または手動で実行されることも考えられる。

さらに、本発明による方法において、潤滑剤実温度が常に目標潤滑剤温度範囲内であるように調整されることが可能である。これにより、ヒートポンプまたはそれに関連する圧縮機システムの稼働中に安定した潤滑剤温度を確実に提供できる。したがって、圧縮機システムまたはヒートポンプの稼働中に、圧縮機部品が常に確実かつ十分に潤滑される。

図面を参照して以下により詳細に説明する、本発明の非限定的で例示的な実施形態の以下の説明により、本発明のさらなる特徴および利点が明らかになる。図面は概略的に以下を示す。

本発明による温度管理システムの基本構成を示す。 本発明によって提案される方法の方法順序を示す。

図１は、本発明による、ヒートポンプの圧縮機システム２の潤滑剤貯留器１に貯留される潤滑剤３用の温度管理システムの基本構成を概略的に示す。温度管理システムは、潤滑剤３の潤滑剤実温度を測定するよう構成された温度測定部４を備える。図１に示す温度測定部４は、接触温度計５を介して潤滑剤３に接触している。しかしながら、温度測定部４は非接触方式に形成することもできる。温度測定部４は圧縮機システム２または関連するハウジング（図示せず）に組み込まれている。

温度管理システムはさらに、例えば有線または無線の信号接続７を介して信号技術レベルで温度測定部４に接続された制御部６を備える。信号接続７を介して、温度測定部４と制御部６との間のデータ交換が行われる。さらに、信号接続７を介して、制御調整コマンドの実行のための信号交換が行われる。制御部６は、測定された潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲内かどうかを確認するよう構成されている。

温度管理システムはさらに、信号技術レベルで（すなわち、有線または無線の信号接続８を介して）制御部６に接続され、潤滑剤３を加熱または冷却するよう構成された温度調整要素９を備える。本実施形態では、温度調整要素９は潤滑剤貯留器１の下面に極めて概略的に図示されている。温度調整要素９は、例えば、潤滑剤貯留器１を包囲するカバーまたは潤滑剤貯留器１のハウジングに組み込まれた、加熱媒体または冷却媒体が流通する空洞または流路であり得る。

制御部６は、潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を超えていれば、温度調整要素９に潤滑剤３を冷却させる。潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を下回る場合、制御部６は温度調整要素９に潤滑剤３を加熱させる。関連する制御調整コマンドが信号接続８を介して制御部６と温度調整要素９との間で交換される。図示の例では、制御および／または調整部１０が、制御部６と温度調整要素９の間に介在している。制御および／または調整部１０を介して、温度調整要素の温度管理が（制御部６と合同で）調整・制御される。例えば、制御および／または調整部１０を介して、温度調整要素９の空洞または流路への加熱媒体または冷却媒体の供給ラインを適切な温度に制御または調整することができる。この目的のために、制御および／または調整部１０は、加熱媒体または冷却媒体の供給ラインまたは排出ラインを実現する適切な給排部（例えばポンプ）と協働する。

また図１に示すように、制御部６は、潤滑剤貯留器１内の圧力を測定するよう構成された圧力測定部１１に、（無線または有線の信号接続１２を介して）信号技術レベルで接続されている。このように測定された圧力を使用して、目標潤滑剤温度範囲の下限温度を計算することができる。測定された圧力は、潤滑剤貯留器内の、ヒートポンプの気体状の作動媒体の凝縮圧力を表す。

図２は、本発明による方法の、極めて概略的な処理順序を示す。提案の方法は、作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システム２の潤滑剤貯留器１に貯留される潤滑剤３の潤滑剤温度の制御に関する。

第１方法ステップａ．では、潤滑剤貯留器１内の圧力が（圧力測定部１１を用いて）測定される。第２方法ステップｂ．では、ステップａ．で測定した圧力に基づいて、作動媒体の凝縮温度が決定される。凝縮温度の特定（計算）は、制御部６で行われる。次の方法ステップｃ．では、目標潤滑剤温度範囲が決定される。ここで、下限温度はステップｂ．で決定された作動媒体の凝縮温度であり、上限温度は作動媒体の凝縮温度より高く、２Ｋから１５Ｋ、好適には５Ｋから１０Ｋである。方法ステップｃ．も制御部６によって行われる。次のステップｄ．では、潤滑剤３の潤滑剤実温度が、詳細には温度測定部４を用いて、測定される。次に、方法ステップｅ．では、潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲と比較される。潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を超える場合は、潤滑剤３が冷却される。潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲を下回る場合は、潤滑剤３が加熱される。図２中の矢印で示すように、本方法は継続的に実施することができ、すなわち、（必要であれば）潤滑剤３の温度が継続的に調整されるように潤滑剤実温度が継続的に確認される。

１：潤滑剤貯留器
２：圧縮機システム
３：潤滑剤
４：温度測定部
５：接触温度計
６：制御部
７：信号接続
８：信号接続
９：温度調整要素
１０：制御および／または調整部
１１：圧力測定部
１２：信号接続

Claims (11)

1. 作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システム（２）の潤滑剤貯留器（１）に貯留される潤滑剤（３）用の温度管理システムであって、前記温度管理システムが、前記潤滑剤（３）の潤滑剤実温度を測定するよう構成された温度測定部（４）と、前記温度測定部（４）に信号技術レベルで接続され、測定された前記潤滑剤実温度が目標潤滑剤温度範囲内かどうかを確認するよう構成された制御部（６）と、前記制御部（６）に信号技術レベルで接続され、前記潤滑剤（３）を加熱または冷却するよう構成された温度調整要素（９）とを備え、前記制御部（６）が、
   ａ．前記潤滑剤実温度が前記目標潤滑剤温度範囲を超えていれば、前記温度調整要素（９）に前記潤滑剤（３）を冷却させ、
   ｂ．前記潤滑剤実温度が前記目標潤滑剤温度範囲を下回っていれば、前記温度調整要素（９）に前記潤滑剤（３）を加熱させるよう構成されている温度管理システム。
2. 前記制御部（６）に信号技術レベルで接続され、前記潤滑剤貯留器（１）内の圧力を測定するよう構成された圧力測定部（１１）を特徴とする請求項１に記載の温度管理システム。
3. 前記目標潤滑剤温度範囲が、前記潤滑剤貯留器内の圧力に基づく前記作動媒体の凝縮温度に対応する下限温度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の温度管理システム。
4. 前記目標潤滑剤温度範囲は、前記作動媒体の凝縮温度を上回る、２Ｋから１５Ｋ、好適には５Ｋから１０Ｋの上限温度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の温度管理システム。
5. 前記制御部（６）が、所定タイミングにおける前記下限温度を、前記所定のタイミングにおいて前記潤滑剤貯留器（１）で測定された圧力を考慮して特定するよう構成されている先行する請求項のいずれか１項に記載の温度管理システム。
6. 前記制御部（６）が、前記目標潤滑剤温度範囲を動的に調節、すなわち、決定された前記下限温度と、前記作動媒体の凝縮温度を上回る、２Ｋから１５Ｋ、好適には５Ｋから１０Ｋである上限温度とを考慮して調節するよう構成されていることを特徴とする請求項５に記載の温度管理システム。
7. 前記制御部（６）が、前記潤滑剤実温度を、常に前記目標潤滑剤温度範囲内であるように調整するよう構成されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の温度管理システム。
8. 請求項１～７のいずれか１項によって形成された温度管理システムを備えるヒートポンプ、特には、高温ヒートポンプ。
9. 作動媒体が流通するヒートポンプの圧縮機システム（２）の潤滑剤貯留器（１）に貯留される潤滑剤（３）の潤滑剤温度を制御する方法であって、
   ａ．前記潤滑剤貯留器（１）内の圧力を測定するステップと、
   ｂ．ステップａ．で測定された前記圧力に基づいて、前記作動媒体の凝縮温度を特定するステップと、
   ｃ．下限温度がステップｂ．で決定された前記凝縮温度で、上限温度が前記作動媒体の前記凝縮温度を上回り、２Ｋから１５Ｋ、好適には５Ｋから１０Ｋである、目標潤滑剤温度範囲を特定するステップと、
   ｄ．前記潤滑剤（３）の潤滑剤実温度を測定するステップと、
   ｅ．前記潤滑剤実温度を前記目標潤滑剤温度範囲と比較して、
   ・前記潤滑剤実温度が前記目標潤滑剤温度範囲を超えていれば前記潤滑剤（３）を冷却し、
   ・前記潤滑剤実温度が前記目標潤滑剤温度範囲を下回っていれば前記潤滑剤（３）を加熱するステップと、を含む方法。
10. 前記方法が、継続的または特定の時間間隔で実行されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記潤滑剤実温度が、常に前記目標潤滑剤温度範囲内であるように制御されることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
    
    

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