JP3610402B2 - 熱ポンプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液相冷媒を貯留するアキュームレータを圧縮機の上流に配置して成る熱ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱ポンプ装置においては、圧縮機への液相冷媒の流入を防ぐために、液相冷媒を貯留するアキュームレータを圧縮機の上流に配置している。
【０００３】
ところで、上記アキュームレータ内の液相冷媒の液面は、例えばアキュームレータの上部と下部にそれぞれ設けられた液面検知手段によってその上限と下限が検知され、該液面が上限と下限の間の所定の範囲内に収まるよう維持管理されている（例えば、特開平５−１８０５２９号公報参照）。即ち、例えば液相冷媒の上限液面管理においては、アキュームレータ内の冷媒の液面が上限を超えて液面検知手段がこれを検知すると、アキュームレータ上流側の冷媒回路の通路断面積を絞り（例えば、膨張弁の開度を絞り）、アキュームレータに流入する冷媒の液面を上限値以下に抑える制御がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱ポンプ装置にあっては、起動時において膨張弁から圧縮機吸入口に至る低圧側冷媒回路の圧力が一時的に大きく低下するため、低圧側冷媒回路中の液相冷媒が急激に沸騰する所謂フォーミングと称される現象が発生する。
【０００５】
上記フォーミングが発生すると、アキュームレータ内において液相冷媒が急激に沸騰し、冷媒は泡状となってその容積が急激に増大するため、前述のようにアキュームレータに流入する冷媒の量を絞っても、アキュームレータ内の泡状の冷媒が上限液面を超えて圧縮機に吸引され、圧縮機が短期的或は長期的には損傷を受けるという問題が発生する。
【０００６】
又、フォーミングが発生すると、上限の液面検知手段が泡状の冷媒を検知してアキュームレータ内に流入する冷媒の量を絞ると、アキュームレータ内の圧力が益々下がり、フォーミングが更に激しくなって圧縮機に吸引される泡状冷媒の量が更に増えてしまうという問題が発生する。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、液相冷媒の圧縮機への流入を確実に防いで圧縮機の耐久性向上を図ることができる熱ポンプ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータ又は／及びサブアキュームレータの上部に液面検知手段を設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータ又は／及びサブアキュームレータの上部に液面検知手段を設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、圧縮機起動後所定時間の間又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以下の場合に前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とし、圧縮機起動後所定時間が経過した後又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以上の場合に前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を絞り又は／及び前記開閉弁を閉とするとともに、アキュームレータ上流側の流量制御弁を絞ることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータとサブアキュームレータの各上部に液面検知手段をそれぞれ設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、圧縮機起動後所定時間の間又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以下の場合に前記アキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とし、次に前記サブアキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を更に大きくし又は／及び前記バイパス弁を全開とし、圧縮機起動後所定時間が経過した後又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以上の場合に前記アキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を絞り又は／及び前記バイパス弁を閉とするとともに、アキュームレータ上流側の流量制御弁を絞り、次に前記サブアキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を更に絞り又は／及び前記流量制御弁を更に絞ることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、アキュームレータ内の冷媒がフォーミングにより気泡化してアキュームレータから流出しても、この気泡化した冷媒はサブアキュームレータに蓄えられ、圧縮機への流出が防がれる。そして、液面検知手段がアキュームレータ又は／及びサブアキュームレータ内の冷媒の上限液面を検知すると、膨張弁の開度が大きくされ又は／及びバイパス弁が開とされるため、アキュームレータ及びサブアキュームレータ内の圧力が上昇し、液相冷媒の沸騰が抑えられてフォーミングの発生が防がれ、圧縮機への液相冷媒の吸引が防がれる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、フォーミングが発生し易い圧縮機の起動初期又は冷媒の低圧側圧力が所定値以下に下がった場合には、アキュームレータ及びサブアキュームレータ内の圧力が高められてフォーミングの発生が防がれ、その後はアキュームレータへ流入する冷媒の流量が絞られてアキュームレータ及びサブアキュームレータ内の冷媒液面が下げられるため、圧縮機への液相冷媒の吸引が防がれて圧縮機の耐久性向上が図られる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、圧縮機の起動初期或は冷媒の低圧側圧力が所定値以下に下がってフォーミングが発生し易い場合には、膨張弁の開度を大きくし又は／及びバイパス弁を開き、その後、液面検知手段によってサブアキュームレータ内の冷媒の上限液面が検知されると、膨張弁の開度を更に大きくし又は／及びバイパス弁を全開としてアキュームレータ及びサブアキュームレータ内の圧力を更に高めるようにしたため、フォーミンングの発生が更に確実に抑えられる。
【００１６】
そして、圧縮機を起動してから所定時間が経過すると、或は冷媒の低圧側圧力が所定値以上に上昇すると、膨張弁の開度を絞り又は／及びバイパス弁を閉じるとともに、流量制御弁の開度を絞り、その後、液面検知手段によってサブアキュームレータの冷媒の上限液面が検知されると、膨張弁の開度を更に絞り又は／及び流量制御弁を更に絞るようにしたため、アキュームレータへの冷媒の流量が更に絞られてアキュームレータ及びサブアキュームレータ内の冷媒液面が更に下がり、圧縮機への液相冷媒の吸引が更に確実に防がれて圧縮機の耐久性向上が図られる。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
＜第１実施例＞
図１は本発明の第１実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図、図２は同熱ポンプ装置の制御系の構成を示すブロック図、図３は感温切換弁の特性図、図４はモリエル線図、図５は冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【００１９】
図１において、１は水冷式ガスエンジン、２（２Ａ，２Ｂ）はエンジン１によって回転駆動される２台の圧縮機であって、本熱ポンプ装置には、圧縮機２を含んで閉ループを構成する冷媒回路３と前記エンジン１を冷却する冷却水を循環させる冷却水回路４が設けられている。
【００２０】
上記冷媒回路３は圧縮機２によってフロン等の冷媒を循環させる回路であって、これは、圧縮機２Ａ，２Ｂの各吐出側からオイルセパレータ５に至る冷媒ライン３ａと、オイルセパレータ５から四方弁６に至る冷媒ライン３ｂと、暖房時四方弁６から流量制御弁７を通って室内熱交換器（以下、室内機と称す）８に至る冷媒ライン３ｃと、室内機８から膨張弁９を経て途中でアキュームレータ１０内を通過して２台の室外熱交換器（以下、室外機と称す）１１に至る冷媒ライン３ｄと、室外機１１から前記四方弁６に至る冷媒ライン３ｅと、冷房に拘らず四方弁６から前記アキュームレータ１０に至る冷媒ライン３ｆと、アキュームレータ１０からサブアキュームレータ１２に至る冷媒ライン３ｇと、サブアキュームレータ１２から圧縮機２Ａ，２Ｂの各吸入口に至る冷媒ライン３ｉを含んで構成されている。
【００２１】
尚、前記オイルセパレータ５からはオイル戻りライン１３とバイパスライン３ｊが導出しており、オイル戻りライン１３は前記冷媒ライン３ｇに接続され、バイパスライン３ｊは前記冷媒ライン３ｆに接続されており、このバイパスライン３ｊにはバイパス弁１４が接続されている。又、圧縮機２の吐出側の前記冷媒ライン（高圧ライン）３ａと圧縮機２の吸入側の前記冷媒ライン（低圧ライン）３ｉとはバイパスライン３ｍによって連通されており、該バイパスライン３ｍにはバイパス弁１５が設けられている。
【００２２】
而して、本実施例においては、圧縮機２の上流にアキュームレータ１０が配置され、圧縮機２とアキュームレータ１０の間にサブアキュームレータ１２が設けられているが、アキュームレータ１０の下部、サブアキュームレータ１２の上部には、これらに貯留される液相冷媒の液面の下限と上限を検知する液面センサ１６，１７がそれぞれ設けられており、アキュームレータの１０の底部は主にオイル戻り用のバイパスライン３ｋによって前記冷媒ライン３ｇに接続されており、バイパスライン３ｋにはバイパス弁１８が設けられている。
【００２３】
而して、以上説明した冷媒回路３の前記冷媒ライン３ｂには冷媒の高圧側圧力を検知する高圧側圧力センサ１９が設けられ、冷媒ライン３ｉには冷媒の低圧側圧力を検知する低圧側圧力センサ２０が設けられている。そして、前記液面センサ１６，１７、高圧側圧力センサ１９及び低圧側圧力センサ２０は、図２に示すように制御装置２１に接続されている。尚、図２に示すように、制御装置２には、起動状態検知センサ２２、前記膨張弁９を開閉する膨張弁開閉アクチュエータ２３及び前記バイパス弁１４，１５をそれぞれ開閉するバイパス弁開閉アクチュエータ２４，２５が接続されている。
【００２４】
一方、前記冷却水回路４はエンジン１を冷却する冷却水を水ポンプ２６によって循環させる回路であって、これは、水ポンプ２６の吐出側から排気ガス熱交換器２７を通ってエンジン１の冷却水入口に至る冷却水ライン４ａと、エンジン１の冷却水出口から導出して感温切換弁２８に至る冷却水ライン４ｂと、感温切換弁２８から流量制御弁２９に至る冷却水ライン４ｃと、流量制御弁２９から前記アキュームレータ１０内を通って水ポンプ２６の吸入側に接続される冷却水ライン４ｄと、前記感温切換弁２８、冷却水ライン４ｃからそれぞれ導出して前記冷却水ライン４ｄに接続される冷却水ライン４ｅ，４ｆを含んで構成されており、冷却水ライン４ｆには放熱用熱交換器３０が設けられている。
【００２５】
ところで、前記感温切換弁２８は、これに設けられたサーモスタットの作用によって図３に示すように冷却水温度が例えば６０℃以下であるときには冷却水ライン４ｃを全閉とするとともに、冷却水ライン４ｅを全開として一方の冷却水ライン４ｅのみに冷却水を流し、冷却水温度が６０℃を超えると冷却水ライン４ｃを開き始める一方、冷却水ライン４ｅを閉じ始めて両冷却水ライン４ｃ，４ｅに冷却水を流し、冷却水温度が例えば７５℃を超えると冷却水ライン４ｃを全開、冷却水ライン４ｅを全閉して一方の冷却水ライン４ｃのみに冷却水を流す。尚、図３において、Ｉ１ ，Ｉ２ はそれぞれ冷却水ライン４ｃ，４ｅを流れる冷却水の流量を示す。
【００２６】
次に、本実施例に係る熱ポンプ装置の暖房運転時の作用を図４に示すモリエル線図を参照しながら説明する。
【００２７】
エンジン１によって圧縮機２Ａ，２Ｂが回転駆動されると、図４の▲１▼で示される状態（圧力Ｐ１ 、エンタルピｉ１ ）の気相冷媒は冷媒ライン３ｉから圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引されて圧縮され、図４の▲２▼で示される状態（圧力Ｐ２ 、エンタルピｉ２ ）の高温高圧冷媒となる。尚、このときの圧縮機２Ａ，２Ｂの所要動力（圧縮熱量）ＡＬは（ｉ２ −ｉ１ ）で表される。又、圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引される気相冷媒の圧力Ｐ１ は、前記低圧側圧力センサ２０によって検出されて前記制御装置２１に入力される。
【００２８】
上記高温高圧の気相冷媒は冷媒ライン３ａを通ってオイルセパレータ５に導かれ、オイルセパレータ５によってオイル分を除去される。そして、オイル分が除去された気相冷媒は冷媒ライン３ｂを通って四方弁６に至る。尚、オイルセパレータ５において冷媒から分離されたオイルは、前記オイル戻りライン１３を通って前記冷媒ライン３ｇに戻される。又、冷媒ライン３ｂを流れる高温高圧の冷媒の圧力Ｐ２ （圧力損失を無視する）は、前記高圧側圧力センサ１９によって検出されて前記制御装置２１に入力される。
【００２９】
ところで、暖房運転時においては、四方弁６のポートａとポートｃ及びポートｂとポートｄがそれぞれ連通されており、高温高圧の気相冷媒は四方弁６を通って冷媒ライン３ｃ側へ流れ、凝縮器として機能する室内機８に導かれる。そして、室内機８に導かれた高温高圧の気相冷媒は室内の空気に凝縮熱Ｑ２ を放出して液化し、図４に示す▲３▼の状態（圧力Ｐ２ 、エンタルピｉ３ ）の液相冷媒となり、このときの放熱量Ｑ２ （＝ｉ２ −ｉ３ ）によって室内の暖房が行われる。
【００３０】
次に、室内機８において液化した高圧の液相冷媒は膨張弁９によって減圧されて図４において▲４▼にて示す状態（圧力Ｐ１ 、エンタルピｉ３ ）となってその一部が気化し、冷媒ライン３ｄを室外機１１に向かって流れる。
【００３１】
一方、水ポンプ２６の駆動によって冷却回路４内を循環する冷却水は、水ポンプ２６から吐出されて冷却水ライン４ａを流れ、その途中で、排気ガス熱交換器２７においてエンジン１から排出される排気ガスの熱を回収して加熱された後、エンジン１の冷却水ジャケットを通って該エンジン１を冷却する。そして、エンジン１の冷却に供された冷却水は、冷却水ライン４ｂへ流れて感温切換弁２８に至る。
【００３２】
ここで、エンジン１の始動時に冷却水温度が低く、その値が６０℃以下のときには、前述のように（図４参照）感温切換弁２８は冷却水ライン４ｃを全閉し、冷却水ライン４ｅを全開とするため、冷却水はその全てが冷却水ライン４ｅを流れて水ポンプ２６に戻される。このため、冷却水の温度が順次上昇し、この温度が上昇した冷却水によって冷機状態にあるエンジン１の暖機が速やかに行われる。
【００３３】
そして、冷却水温度が６０℃を超えると、冷却水ライン４ｃが開き始める一方、冷却水ライン４ｅが閉じ始め、冷却水温度が７５℃を超えた時点で冷却水ライン４ｃが全開され、冷却水ライン４ｅが全閉されるため、冷却水の全ては冷却水ライン４ｃ及び冷却水ライン４ｄを通ってアキュームレータ１０内を流れる。
【００３４】
従って、アキュームレータ１０においては、冷却水ライン４ｄを流れる冷却水によって、前記冷媒ライン３ｄを流れる冷媒とアキュームレータ１０に貯留されている液相冷媒が加熱され、エンジン１の廃熱（排気ガスによって与えられる熱と冷却によってエンジン１から奪われる熱）が冷媒に与えられる。
【００３５】
而して、前記冷媒ライン３ｄを流れる冷媒は上述のようにアキュームレータ１０においてエンジン１の廃熱の一部で加熱された後、蒸発器として機能する室外機１１に至り、ここで外気から蒸発熱を奪って気化する。尚、外気温度が所定値以上であるときには、室外機１１のファン１１ａが駆動され、上述のように室外機１１において冷媒が外気から熱を奪って蒸発する。
【００３６】
そして、冷媒は室外機１１から冷媒ライン３ｅを通って四方弁６に至るが、前述のように暖房運転時には四方弁６のポートｂとポートｄとが連通しているため、冷媒は四方弁６を通って冷媒ライン３ｆ側へ流れ、アキュームレータ１０内に導入される。
【００３７】
上記アキュームレータ１０においては冷媒の気液が分離され、液相冷媒には冷却水ライン４ｄを流れる冷却水によってエンジン１の廃熱の一部が与えられ、この熱によって液相冷媒の一部が蒸発して気化する。
【００３８】
而して、アキュームレータ１０内の気相冷媒は冷媒ライン３ｇを通ってサブアキュームレータ１２に送られ、更に冷媒ライン３ｉを通って圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引されるが、圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引される気相冷媒の状態は図４に示す▲１▼の状態（圧力Ｐ１ 、エンタルピｉ１ ）に復帰しており、この気相冷媒は圧縮機２Ａ，２Ｂによって再度圧縮されて前述と同様の作用を繰り返す。
【００３９】
従って、膨張弁９によって減圧された冷媒が圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引されるまでの間、冷媒にはアキュームレータ１０においてエンジン１の廃熱が与えられるとともに、室外機１１において外気から熱が与えられ、結局、冷媒は熱量Ｑ１ （＝ｉ１ −ｉ３ ）を受け取って蒸発し、更に過熱される。
【００４０】
以上のように、暖房運転時においては、冷却水によって回収されたエンジン１の廃熱が冷媒に与えられて室内機８の放熱量Ｑ２ に上乗せされるため、暖房能力が高められる。
【００４１】
尚、以上は暖房運転時の作用について述べたが、冷房運転時には室内機８は蒸発器として、室外機１１は凝縮器として機能し、冷媒は図４に示すモリエル線図上を暖房運転時と同様のサイクルで循環し、室内機８において室内の空気から蒸発潜熱を奪って室内を冷房する。
【００４２】
而して、本実施例においては、前述のように圧縮機２とアキュームレータ１０の間に更にサブアキュームレータ１２を配置し、アキュームレータ１０の下部には該アキュームレータ１０内の液相冷媒の下限液面を検知する液面センサ１６が設けられ、サブアキュームレータ１２の上部には該サブアキュームレータ１２内の上限液面を検知するための液面センサ１７が設けられている。
【００４３】
ところで、本実施例では、圧縮機２への液相冷媒の吸引を防ぐためにサブアキュームレータ１２内の液相冷媒の上限液面が検知され、サブアキュームレータ１２内の冷媒の液面が所定値以下に抑えられるが、その制御手順を図５を参照しながら以下に説明する。
【００４４】
熱ポンプ装置が起動されると、停止信号が発せられたか否かが判断され（図５のＳＴＥＰ１）、停止信号が発せられない間は液面センサ１７によってサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が検知されたか否かが判断される（図５のＳＴＥＰ２）。
【００４５】
サブアキュームレータ１２内の冷媒液面が上限値を超えると、圧縮機２を起動してから所定時間が経過したか否か、或は低圧側圧力センサ２０によって検出された低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下であるかが判断される（図５のSTEP３）。圧縮機２を起動してから所定時間が経過するまでの間（起動初期）或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下である場合には、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力が下がって液相冷媒が急激に沸騰する前記フォーミングが発生し易いため、制御装置２１は前記膨張弁開閉アクチュエータ２３に制御信号を送って膨張弁９の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁開閉アクチュエータ２４，２５に制御信号を送ってバイパスライン３ｊ，３ｍのバイパス弁１４，１５を開く（図５のSTEP４）。すると、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力が上昇し、液相冷媒の沸騰が抑えられてフォーミングの発生が防がれ、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれる。
【００４６】
そして、圧縮機２を起動してから所定時間が経過すると、或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以上に上昇すると、膨張弁開閉アクチュエータ２３によって膨張弁９の開度が絞られ又は／及びバイパスライン３ｊ，３ｍのバイパス弁１４，１５が閉じられるとともに、アキュームレータ１０の上流に設けられた前記流量制御弁７の開度が絞られる（図５のＳＴＥＰ５）。すると、アキュームレータ１０への冷媒の流入量が絞られるため、サブアキュームレータ１２内の冷媒の液面が下がり、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれる。
【００４７】
サブアキュームレータ１２内の冷媒の液面低下によって、液面センサ１７が冷媒の上限液面を検知しなくなると、つまり、冷媒の液面が上限値以下に下がると、膨張弁９は他の運転条件に基づく所定開度に設定され又は／及びバイパス弁１４，１５は閉じられたまま流量制御弁７が開かれ、通常の運転が行われる（図５のＳＴＥＰ６）。
【００４８】
そして、その後に停止信号が発せられると、停止処理が実施され（図５のＳＴＥＰ７）、制御動作が終了する（図５のＳＴＥＰ８）。
【００４９】
以上のように、本実施例においては、フォーミングが発生し易い圧縮機２の起動初期、或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下に下がった場合には、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力を上げてフォーミングの発生を防ぎ、その後はアキュームレータ１０へ流入する冷媒の流量を絞ってサブアキュームレータ１２内の冷媒液面を下げるようにしたため、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれて圧縮機の耐久性向上が図られる。
【００５０】
尚、図５のＳＴＥＰ４，５，６においては、膨張弁９、流量制御弁７、バイパス弁１４，１５の全て制御するようにしたが、何れか１つ或は任意の複数を組み合わせて制御し、他のものは変化させないで所定の開度にしておいても良い。１つを制御する場合には、バイパス弁１５の制御が効果的である。
【００５１】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例を図６及び図７に基づいて説明する。尚、図６は第２実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図、図７は冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【００５２】
本実施例に係る熱ポンプ装置においては、前記第１実施例においてサブアキュームレータ１２の上部に設けられていた液面センサ１７を廃し、アキュームレータ１０の上部に液面センサ３１を設け、アキュームレータ１０内の冷媒液面の上限を液面センサ３１によって検知するようにしており、他の構成は第１実施例のそれと全く同様である。従って、図６においては図１に示したと同一要素には同一符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００５３】
又、本実施例においては、冷媒液面の制御も前記第１実施例のそれと同様になされ、液面センサ３１によってアキュームレータ１０内の冷媒の上限液面が検知されると、第１実施例と全く同様の液面制御がなされ（図７参照）、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれて圧縮機２の耐久性向上が図られる。
【００５４】
尚、本実施例においても、膨張弁９、流量制御弁７、バイパス弁１４，１５の何れか１つ或は任意の複数の組み合わせの制御が可能である。バイパス弁１５のみの制御でも、高圧側から低圧側に流れる管路長は最短となって、フォーミングの発生を十分防ぐことができる。
【００５５】
＜第３実施例＞
次に、本発明の第３実施例を図８及び図９に基づいて説明する。尚、図８は第３実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図、図９は冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【００５６】
本実施例に係る熱ポンプ装置においては、アキュームレータ１０の上下部に液面センサ３１，１６をそれぞれ設けるとともに、サブアキュームレータ１２の上部に液面センサ１７を設けており、その他の構成は第１及び第２実施例に係る熱ポンプ装置のそれと全く同じである。従って、図８においては図１及び図６に示したと同一要素には同一符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００５７】
而して、本実施例においてはアキュームレータ１０とサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が図９に示す手順に沿って制御される。
【００５８】
即ち、図９においてＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の制御は第２実施例と同様であり（図６参照）、圧縮機２の起動初期或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下のフォーミングが発生し易い場合には、膨張弁９の開度を大きくし又は／及びバイパス弁１４，１５を閉じた後（図９のＳＴＥＰ４）、液面センサ１７によってサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が検知されたか否かが判断される（図９のＳＴＥＰ５）。そして、サブアキュームレータ１２内の冷媒液面が上限値を超えると、膨張弁の開度が更に大きくされ又は／及びバイパス弁１４，１５が全開とされ（図９のＳＴＥＰ６）、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力が更に高められてフォーミングの発生が確実に抑えられる。
【００５９】
そして、圧縮機２を起動してから所定時間が経過すると、或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以上に上昇すると、膨張弁９の開度が絞られ又は／及びバイパス弁１４，１５が閉じられるとともに、流量制御弁７の開度が絞られる（図９のＳＴＥＰ７）。その後、液面センサ１７によってサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が検知されたか否かが判断され（図９のＳＴＥＰ８）、サブアキュームレータ１２内の冷媒液面が上限値を超えると、膨張弁９の開度が更に絞られ又は／及び流量制御弁７が更に絞られ（図９のＳＴＥＰ９）、アキュームレータ１０への冷媒の流量が更に絞られてアキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の冷媒液面が更に下がり、圧縮機２への液相冷媒の吸引が更に確実に防がれて圧縮機２の耐久性向上が図られる。
【００６０】
尚、その後のＳＴＥＰ１０〜１２の制御は第１及び第２実施例と同様（図５及び図７のＳＴＥＰ６〜８参照）であるため、それらについての説明は省略する。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、液相冷媒の圧縮機への流入を確実に防いで圧縮機の耐久性向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】感温切換弁の特性図である。
【図４】モリエル線図である。
【図５】本発明の第１実施例における冷媒液面の制御手段を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第２実施例における冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第３実施例における冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 圧縮機
３ 冷媒回路
３ｊ，３ｍ バイパスライン（バイパス路）
７ 流量制御弁
８ 室内機（凝縮器（暖房運転時））
９ 膨張弁
１０ アキュームレータ
１１ 室外機（蒸発器（暖房運転時））
１２ サブアキュームレータ
１４，１５ バイパス弁
１６，１７ 液面センサ（液面検知手段）
３１ 液面センサ（液面検知手段）
【産業上の利用分野】
本発明は、液相冷媒を貯留するアキュームレータを圧縮機の上流に配置して成る熱ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱ポンプ装置においては、圧縮機への液相冷媒の流入を防ぐために、液相冷媒を貯留するアキュームレータを圧縮機の上流に配置している。
【０００３】
ところで、上記アキュームレータ内の液相冷媒の液面は、例えばアキュームレータの上部と下部にそれぞれ設けられた液面検知手段によってその上限と下限が検知され、該液面が上限と下限の間の所定の範囲内に収まるよう維持管理されている（例えば、特開平５−１８０５２９号公報参照）。即ち、例えば液相冷媒の上限液面管理においては、アキュームレータ内の冷媒の液面が上限を超えて液面検知手段がこれを検知すると、アキュームレータ上流側の冷媒回路の通路断面積を絞り（例えば、膨張弁の開度を絞り）、アキュームレータに流入する冷媒の液面を上限値以下に抑える制御がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱ポンプ装置にあっては、起動時において膨張弁から圧縮機吸入口に至る低圧側冷媒回路の圧力が一時的に大きく低下するため、低圧側冷媒回路中の液相冷媒が急激に沸騰する所謂フォーミングと称される現象が発生する。
【０００５】
上記フォーミングが発生すると、アキュームレータ内において液相冷媒が急激に沸騰し、冷媒は泡状となってその容積が急激に増大するため、前述のようにアキュームレータに流入する冷媒の量を絞っても、アキュームレータ内の泡状の冷媒が上限液面を超えて圧縮機に吸引され、圧縮機が短期的或は長期的には損傷を受けるという問題が発生する。
【０００６】
又、フォーミングが発生すると、上限の液面検知手段が泡状の冷媒を検知してアキュームレータ内に流入する冷媒の量を絞ると、アキュームレータ内の圧力が益々下がり、フォーミングが更に激しくなって圧縮機に吸引される泡状冷媒の量が更に増えてしまうという問題が発生する。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、液相冷媒の圧縮機への流入を確実に防いで圧縮機の耐久性向上を図ることができる熱ポンプ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータ又は／及びサブアキュームレータの上部に液面検知手段を設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータ又は／及びサブアキュームレータの上部に液面検知手段を設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、圧縮機起動後所定時間の間又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以下の場合に前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とし、圧縮機起動後所定時間が経過した後又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以上の場合に前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を絞り又は／及び前記開閉弁を閉とするとともに、アキュームレータ上流側の流量制御弁を絞ることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータとサブアキュームレータの各上部に液面検知手段をそれぞれ設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、圧縮機起動後所定時間の間又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以下の場合に前記アキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とし、次に前記サブアキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を更に大きくし又は／及び前記バイパス弁を全開とし、圧縮機起動後所定時間が経過した後又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以上の場合に前記アキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を絞り又は／及び前記バイパス弁を閉とするとともに、アキュームレータ上流側の流量制御弁を絞り、次に前記サブアキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を更に絞り又は／及び前記流量制御弁を更に絞ることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、アキュームレータ内の冷媒がフォーミングにより気泡化してアキュームレータから流出しても、この気泡化した冷媒はサブアキュームレータに蓄えられ、圧縮機への流出が防がれる。そして、液面検知手段がアキュームレータ又は／及びサブアキュームレータ内の冷媒の上限液面を検知すると、膨張弁の開度が大きくされ又は／及びバイパス弁が開とされるため、アキュームレータ及びサブアキュームレータ内の圧力が上昇し、液相冷媒の沸騰が抑えられてフォーミングの発生が防がれ、圧縮機への液相冷媒の吸引が防がれる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、フォーミングが発生し易い圧縮機の起動初期又は冷媒の低圧側圧力が所定値以下に下がった場合には、アキュームレータ及びサブアキュームレータ内の圧力が高められてフォーミングの発生が防がれ、その後はアキュームレータへ流入する冷媒の流量が絞られてアキュームレータ及びサブアキュームレータ内の冷媒液面が下げられるため、圧縮機への液相冷媒の吸引が防がれて圧縮機の耐久性向上が図られる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、圧縮機の起動初期或は冷媒の低圧側圧力が所定値以下に下がってフォーミングが発生し易い場合には、膨張弁の開度を大きくし又は／及びバイパス弁を開き、その後、液面検知手段によってサブアキュームレータ内の冷媒の上限液面が検知されると、膨張弁の開度を更に大きくし又は／及びバイパス弁を全開としてアキュームレータ及びサブアキュームレータ内の圧力を更に高めるようにしたため、フォーミンングの発生が更に確実に抑えられる。
【００１６】
そして、圧縮機を起動してから所定時間が経過すると、或は冷媒の低圧側圧力が所定値以上に上昇すると、膨張弁の開度を絞り又は／及びバイパス弁を閉じるとともに、流量制御弁の開度を絞り、その後、液面検知手段によってサブアキュームレータの冷媒の上限液面が検知されると、膨張弁の開度を更に絞り又は／及び流量制御弁を更に絞るようにしたため、アキュームレータへの冷媒の流量が更に絞られてアキュームレータ及びサブアキュームレータ内の冷媒液面が更に下がり、圧縮機への液相冷媒の吸引が更に確実に防がれて圧縮機の耐久性向上が図られる。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
＜第１実施例＞
図１は本発明の第１実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図、図２は同熱ポンプ装置の制御系の構成を示すブロック図、図３は感温切換弁の特性図、図４はモリエル線図、図５は冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【００１９】
図１において、１は水冷式ガスエンジン、２（２Ａ，２Ｂ）はエンジン１によって回転駆動される２台の圧縮機であって、本熱ポンプ装置には、圧縮機２を含んで閉ループを構成する冷媒回路３と前記エンジン１を冷却する冷却水を循環させる冷却水回路４が設けられている。
【００２０】
上記冷媒回路３は圧縮機２によってフロン等の冷媒を循環させる回路であって、これは、圧縮機２Ａ，２Ｂの各吐出側からオイルセパレータ５に至る冷媒ライン３ａと、オイルセパレータ５から四方弁６に至る冷媒ライン３ｂと、暖房時四方弁６から流量制御弁７を通って室内熱交換器（以下、室内機と称す）８に至る冷媒ライン３ｃと、室内機８から膨張弁９を経て途中でアキュームレータ１０内を通過して２台の室外熱交換器（以下、室外機と称す）１１に至る冷媒ライン３ｄと、室外機１１から前記四方弁６に至る冷媒ライン３ｅと、冷房に拘らず四方弁６から前記アキュームレータ１０に至る冷媒ライン３ｆと、アキュームレータ１０からサブアキュームレータ１２に至る冷媒ライン３ｇと、サブアキュームレータ１２から圧縮機２Ａ，２Ｂの各吸入口に至る冷媒ライン３ｉを含んで構成されている。
【００２１】
尚、前記オイルセパレータ５からはオイル戻りライン１３とバイパスライン３ｊが導出しており、オイル戻りライン１３は前記冷媒ライン３ｇに接続され、バイパスライン３ｊは前記冷媒ライン３ｆに接続されており、このバイパスライン３ｊにはバイパス弁１４が接続されている。又、圧縮機２の吐出側の前記冷媒ライン（高圧ライン）３ａと圧縮機２の吸入側の前記冷媒ライン（低圧ライン）３ｉとはバイパスライン３ｍによって連通されており、該バイパスライン３ｍにはバイパス弁１５が設けられている。
【００２２】
而して、本実施例においては、圧縮機２の上流にアキュームレータ１０が配置され、圧縮機２とアキュームレータ１０の間にサブアキュームレータ１２が設けられているが、アキュームレータ１０の下部、サブアキュームレータ１２の上部には、これらに貯留される液相冷媒の液面の下限と上限を検知する液面センサ１６，１７がそれぞれ設けられており、アキュームレータの１０の底部は主にオイル戻り用のバイパスライン３ｋによって前記冷媒ライン３ｇに接続されており、バイパスライン３ｋにはバイパス弁１８が設けられている。
【００２３】
而して、以上説明した冷媒回路３の前記冷媒ライン３ｂには冷媒の高圧側圧力を検知する高圧側圧力センサ１９が設けられ、冷媒ライン３ｉには冷媒の低圧側圧力を検知する低圧側圧力センサ２０が設けられている。そして、前記液面センサ１６，１７、高圧側圧力センサ１９及び低圧側圧力センサ２０は、図２に示すように制御装置２１に接続されている。尚、図２に示すように、制御装置２には、起動状態検知センサ２２、前記膨張弁９を開閉する膨張弁開閉アクチュエータ２３及び前記バイパス弁１４，１５をそれぞれ開閉するバイパス弁開閉アクチュエータ２４，２５が接続されている。
【００２４】
一方、前記冷却水回路４はエンジン１を冷却する冷却水を水ポンプ２６によって循環させる回路であって、これは、水ポンプ２６の吐出側から排気ガス熱交換器２７を通ってエンジン１の冷却水入口に至る冷却水ライン４ａと、エンジン１の冷却水出口から導出して感温切換弁２８に至る冷却水ライン４ｂと、感温切換弁２８から流量制御弁２９に至る冷却水ライン４ｃと、流量制御弁２９から前記アキュームレータ１０内を通って水ポンプ２６の吸入側に接続される冷却水ライン４ｄと、前記感温切換弁２８、冷却水ライン４ｃからそれぞれ導出して前記冷却水ライン４ｄに接続される冷却水ライン４ｅ，４ｆを含んで構成されており、冷却水ライン４ｆには放熱用熱交換器３０が設けられている。
【００２５】
ところで、前記感温切換弁２８は、これに設けられたサーモスタットの作用によって図３に示すように冷却水温度が例えば６０℃以下であるときには冷却水ライン４ｃを全閉とするとともに、冷却水ライン４ｅを全開として一方の冷却水ライン４ｅのみに冷却水を流し、冷却水温度が６０℃を超えると冷却水ライン４ｃを開き始める一方、冷却水ライン４ｅを閉じ始めて両冷却水ライン４ｃ，４ｅに冷却水を流し、冷却水温度が例えば７５℃を超えると冷却水ライン４ｃを全開、冷却水ライン４ｅを全閉して一方の冷却水ライン４ｃのみに冷却水を流す。尚、図３において、Ｉ１ ，Ｉ２ はそれぞれ冷却水ライン４ｃ，４ｅを流れる冷却水の流量を示す。
【００２６】
次に、本実施例に係る熱ポンプ装置の暖房運転時の作用を図４に示すモリエル線図を参照しながら説明する。
【００２７】
エンジン１によって圧縮機２Ａ，２Ｂが回転駆動されると、図４の▲１▼で示される状態（圧力Ｐ１ 、エンタルピｉ１ ）の気相冷媒は冷媒ライン３ｉから圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引されて圧縮され、図４の▲２▼で示される状態（圧力Ｐ２ 、エンタルピｉ２ ）の高温高圧冷媒となる。尚、このときの圧縮機２Ａ，２Ｂの所要動力（圧縮熱量）ＡＬは（ｉ２ −ｉ１ ）で表される。又、圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引される気相冷媒の圧力Ｐ１ は、前記低圧側圧力センサ２０によって検出されて前記制御装置２１に入力される。
【００２８】
上記高温高圧の気相冷媒は冷媒ライン３ａを通ってオイルセパレータ５に導かれ、オイルセパレータ５によってオイル分を除去される。そして、オイル分が除去された気相冷媒は冷媒ライン３ｂを通って四方弁６に至る。尚、オイルセパレータ５において冷媒から分離されたオイルは、前記オイル戻りライン１３を通って前記冷媒ライン３ｇに戻される。又、冷媒ライン３ｂを流れる高温高圧の冷媒の圧力Ｐ２ （圧力損失を無視する）は、前記高圧側圧力センサ１９によって検出されて前記制御装置２１に入力される。
【００２９】
ところで、暖房運転時においては、四方弁６のポートａとポートｃ及びポートｂとポートｄがそれぞれ連通されており、高温高圧の気相冷媒は四方弁６を通って冷媒ライン３ｃ側へ流れ、凝縮器として機能する室内機８に導かれる。そして、室内機８に導かれた高温高圧の気相冷媒は室内の空気に凝縮熱Ｑ２ を放出して液化し、図４に示す▲３▼の状態（圧力Ｐ２ 、エンタルピｉ３ ）の液相冷媒となり、このときの放熱量Ｑ２ （＝ｉ２ −ｉ３ ）によって室内の暖房が行われる。
【００３０】
次に、室内機８において液化した高圧の液相冷媒は膨張弁９によって減圧されて図４において▲４▼にて示す状態（圧力Ｐ１ 、エンタルピｉ３ ）となってその一部が気化し、冷媒ライン３ｄを室外機１１に向かって流れる。
【００３１】
一方、水ポンプ２６の駆動によって冷却回路４内を循環する冷却水は、水ポンプ２６から吐出されて冷却水ライン４ａを流れ、その途中で、排気ガス熱交換器２７においてエンジン１から排出される排気ガスの熱を回収して加熱された後、エンジン１の冷却水ジャケットを通って該エンジン１を冷却する。そして、エンジン１の冷却に供された冷却水は、冷却水ライン４ｂへ流れて感温切換弁２８に至る。
【００３２】
ここで、エンジン１の始動時に冷却水温度が低く、その値が６０℃以下のときには、前述のように（図４参照）感温切換弁２８は冷却水ライン４ｃを全閉し、冷却水ライン４ｅを全開とするため、冷却水はその全てが冷却水ライン４ｅを流れて水ポンプ２６に戻される。このため、冷却水の温度が順次上昇し、この温度が上昇した冷却水によって冷機状態にあるエンジン１の暖機が速やかに行われる。
【００３３】
そして、冷却水温度が６０℃を超えると、冷却水ライン４ｃが開き始める一方、冷却水ライン４ｅが閉じ始め、冷却水温度が７５℃を超えた時点で冷却水ライン４ｃが全開され、冷却水ライン４ｅが全閉されるため、冷却水の全ては冷却水ライン４ｃ及び冷却水ライン４ｄを通ってアキュームレータ１０内を流れる。
【００３４】
従って、アキュームレータ１０においては、冷却水ライン４ｄを流れる冷却水によって、前記冷媒ライン３ｄを流れる冷媒とアキュームレータ１０に貯留されている液相冷媒が加熱され、エンジン１の廃熱（排気ガスによって与えられる熱と冷却によってエンジン１から奪われる熱）が冷媒に与えられる。
【００３５】
而して、前記冷媒ライン３ｄを流れる冷媒は上述のようにアキュームレータ１０においてエンジン１の廃熱の一部で加熱された後、蒸発器として機能する室外機１１に至り、ここで外気から蒸発熱を奪って気化する。尚、外気温度が所定値以上であるときには、室外機１１のファン１１ａが駆動され、上述のように室外機１１において冷媒が外気から熱を奪って蒸発する。
【００３６】
そして、冷媒は室外機１１から冷媒ライン３ｅを通って四方弁６に至るが、前述のように暖房運転時には四方弁６のポートｂとポートｄとが連通しているため、冷媒は四方弁６を通って冷媒ライン３ｆ側へ流れ、アキュームレータ１０内に導入される。
【００３７】
上記アキュームレータ１０においては冷媒の気液が分離され、液相冷媒には冷却水ライン４ｄを流れる冷却水によってエンジン１の廃熱の一部が与えられ、この熱によって液相冷媒の一部が蒸発して気化する。
【００３８】
而して、アキュームレータ１０内の気相冷媒は冷媒ライン３ｇを通ってサブアキュームレータ１２に送られ、更に冷媒ライン３ｉを通って圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引されるが、圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引される気相冷媒の状態は図４に示す▲１▼の状態（圧力Ｐ１ 、エンタルピｉ１ ）に復帰しており、この気相冷媒は圧縮機２Ａ，２Ｂによって再度圧縮されて前述と同様の作用を繰り返す。
【００３９】
従って、膨張弁９によって減圧された冷媒が圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引されるまでの間、冷媒にはアキュームレータ１０においてエンジン１の廃熱が与えられるとともに、室外機１１において外気から熱が与えられ、結局、冷媒は熱量Ｑ１ （＝ｉ１ −ｉ３ ）を受け取って蒸発し、更に過熱される。
【００４０】
以上のように、暖房運転時においては、冷却水によって回収されたエンジン１の廃熱が冷媒に与えられて室内機８の放熱量Ｑ２ に上乗せされるため、暖房能力が高められる。
【００４１】
尚、以上は暖房運転時の作用について述べたが、冷房運転時には室内機８は蒸発器として、室外機１１は凝縮器として機能し、冷媒は図４に示すモリエル線図上を暖房運転時と同様のサイクルで循環し、室内機８において室内の空気から蒸発潜熱を奪って室内を冷房する。
【００４２】
而して、本実施例においては、前述のように圧縮機２とアキュームレータ１０の間に更にサブアキュームレータ１２を配置し、アキュームレータ１０の下部には該アキュームレータ１０内の液相冷媒の下限液面を検知する液面センサ１６が設けられ、サブアキュームレータ１２の上部には該サブアキュームレータ１２内の上限液面を検知するための液面センサ１７が設けられている。
【００４３】
ところで、本実施例では、圧縮機２への液相冷媒の吸引を防ぐためにサブアキュームレータ１２内の液相冷媒の上限液面が検知され、サブアキュームレータ１２内の冷媒の液面が所定値以下に抑えられるが、その制御手順を図５を参照しながら以下に説明する。
【００４４】
熱ポンプ装置が起動されると、停止信号が発せられたか否かが判断され（図５のＳＴＥＰ１）、停止信号が発せられない間は液面センサ１７によってサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が検知されたか否かが判断される（図５のＳＴＥＰ２）。
【００４５】
サブアキュームレータ１２内の冷媒液面が上限値を超えると、圧縮機２を起動してから所定時間が経過したか否か、或は低圧側圧力センサ２０によって検出された低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下であるかが判断される（図５のSTEP３）。圧縮機２を起動してから所定時間が経過するまでの間（起動初期）或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下である場合には、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力が下がって液相冷媒が急激に沸騰する前記フォーミングが発生し易いため、制御装置２１は前記膨張弁開閉アクチュエータ２３に制御信号を送って膨張弁９の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁開閉アクチュエータ２４，２５に制御信号を送ってバイパスライン３ｊ，３ｍのバイパス弁１４，１５を開く（図５のSTEP４）。すると、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力が上昇し、液相冷媒の沸騰が抑えられてフォーミングの発生が防がれ、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれる。
【００４６】
そして、圧縮機２を起動してから所定時間が経過すると、或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以上に上昇すると、膨張弁開閉アクチュエータ２３によって膨張弁９の開度が絞られ又は／及びバイパスライン３ｊ，３ｍのバイパス弁１４，１５が閉じられるとともに、アキュームレータ１０の上流に設けられた前記流量制御弁７の開度が絞られる（図５のＳＴＥＰ５）。すると、アキュームレータ１０への冷媒の流入量が絞られるため、サブアキュームレータ１２内の冷媒の液面が下がり、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれる。
【００４７】
サブアキュームレータ１２内の冷媒の液面低下によって、液面センサ１７が冷媒の上限液面を検知しなくなると、つまり、冷媒の液面が上限値以下に下がると、膨張弁９は他の運転条件に基づく所定開度に設定され又は／及びバイパス弁１４，１５は閉じられたまま流量制御弁７が開かれ、通常の運転が行われる（図５のＳＴＥＰ６）。
【００４８】
そして、その後に停止信号が発せられると、停止処理が実施され（図５のＳＴＥＰ７）、制御動作が終了する（図５のＳＴＥＰ８）。
【００４９】
以上のように、本実施例においては、フォーミングが発生し易い圧縮機２の起動初期、或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下に下がった場合には、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力を上げてフォーミングの発生を防ぎ、その後はアキュームレータ１０へ流入する冷媒の流量を絞ってサブアキュームレータ１２内の冷媒液面を下げるようにしたため、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれて圧縮機の耐久性向上が図られる。
【００５０】
尚、図５のＳＴＥＰ４，５，６においては、膨張弁９、流量制御弁７、バイパス弁１４，１５の全て制御するようにしたが、何れか１つ或は任意の複数を組み合わせて制御し、他のものは変化させないで所定の開度にしておいても良い。１つを制御する場合には、バイパス弁１５の制御が効果的である。
【００５１】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例を図６及び図７に基づいて説明する。尚、図６は第２実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図、図７は冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【００５２】
本実施例に係る熱ポンプ装置においては、前記第１実施例においてサブアキュームレータ１２の上部に設けられていた液面センサ１７を廃し、アキュームレータ１０の上部に液面センサ３１を設け、アキュームレータ１０内の冷媒液面の上限を液面センサ３１によって検知するようにしており、他の構成は第１実施例のそれと全く同様である。従って、図６においては図１に示したと同一要素には同一符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００５３】
又、本実施例においては、冷媒液面の制御も前記第１実施例のそれと同様になされ、液面センサ３１によってアキュームレータ１０内の冷媒の上限液面が検知されると、第１実施例と全く同様の液面制御がなされ（図７参照）、圧縮機２への液相冷媒の吸引が防がれて圧縮機２の耐久性向上が図られる。
【００５４】
尚、本実施例においても、膨張弁９、流量制御弁７、バイパス弁１４，１５の何れか１つ或は任意の複数の組み合わせの制御が可能である。バイパス弁１５のみの制御でも、高圧側から低圧側に流れる管路長は最短となって、フォーミングの発生を十分防ぐことができる。
【００５５】
＜第３実施例＞
次に、本発明の第３実施例を図８及び図９に基づいて説明する。尚、図８は第３実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図、図９は冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【００５６】
本実施例に係る熱ポンプ装置においては、アキュームレータ１０の上下部に液面センサ３１，１６をそれぞれ設けるとともに、サブアキュームレータ１２の上部に液面センサ１７を設けており、その他の構成は第１及び第２実施例に係る熱ポンプ装置のそれと全く同じである。従って、図８においては図１及び図６に示したと同一要素には同一符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００５７】
而して、本実施例においてはアキュームレータ１０とサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が図９に示す手順に沿って制御される。
【００５８】
即ち、図９においてＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の制御は第２実施例と同様であり（図６参照）、圧縮機２の起動初期或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以下のフォーミングが発生し易い場合には、膨張弁９の開度を大きくし又は／及びバイパス弁１４，１５を閉じた後（図９のＳＴＥＰ４）、液面センサ１７によってサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が検知されたか否かが判断される（図９のＳＴＥＰ５）。そして、サブアキュームレータ１２内の冷媒液面が上限値を超えると、膨張弁の開度が更に大きくされ又は／及びバイパス弁１４，１５が全開とされ（図９のＳＴＥＰ６）、アキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の圧力が更に高められてフォーミングの発生が確実に抑えられる。
【００５９】
そして、圧縮機２を起動してから所定時間が経過すると、或は低圧冷媒ライン３ｉの圧力が所定値以上に上昇すると、膨張弁９の開度が絞られ又は／及びバイパス弁１４，１５が閉じられるとともに、流量制御弁７の開度が絞られる（図９のＳＴＥＰ７）。その後、液面センサ１７によってサブアキュームレータ１２内の冷媒の上限液面が検知されたか否かが判断され（図９のＳＴＥＰ８）、サブアキュームレータ１２内の冷媒液面が上限値を超えると、膨張弁９の開度が更に絞られ又は／及び流量制御弁７が更に絞られ（図９のＳＴＥＰ９）、アキュームレータ１０への冷媒の流量が更に絞られてアキュームレータ１０及びサブアキュームレータ１２内の冷媒液面が更に下がり、圧縮機２への液相冷媒の吸引が更に確実に防がれて圧縮機２の耐久性向上が図られる。
【００６０】
尚、その後のＳＴＥＰ１０〜１２の制御は第１及び第２実施例と同様（図５及び図７のＳＴＥＰ６〜８参照）であるため、それらについての説明は省略する。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、液相冷媒の圧縮機への流入を確実に防いで圧縮機の耐久性向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】感温切換弁の特性図である。
【図４】モリエル線図である。
【図５】本発明の第１実施例における冷媒液面の制御手段を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第２実施例における冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施例に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第３実施例における冷媒液面の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 圧縮機
３ 冷媒回路
３ｊ，３ｍ バイパスライン（バイパス路）
７ 流量制御弁
８ 室内機（凝縮器（暖房運転時））
９ 膨張弁
１０ アキュームレータ
１１ 室外機（蒸発器（暖房運転時））
１２ サブアキュームレータ
１４，１５ バイパス弁
１６，１７ 液面センサ（液面検知手段）
３１ 液面センサ（液面検知手段）
Claims (3)
- 圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータ又は／及びサブアキュームレータの上部に液面検知手段を設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とすることを特徴とする熱ポンプ装置。
- 圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータ又は／及びサブアキュームレータの上部に液面検知手段を設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、圧縮機起動後所定時間の間又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以下の場合に前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とし、圧縮機起動後所定時間が経過した後又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以上の場合に前記液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を絞り又は／及び前記開閉弁を閉とするとともに、アキュームレータ上流側の流量制御弁を絞ることを特徴とする熱ポンプ装置。
- 圧縮機とアキュームレータの間にサブアキュームレータを配置し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータ、サブアキュームレータの順に冷媒を循環させるとともに、前記アキュームレータとサブアキュームレータの各上部に液面検知手段をそれぞれ設け、前記膨張弁をバイパスして高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路をバイパス路によって連通させるとともに、該バイパス路にパイパス弁を設け、圧縮機起動後所定時間の間又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以下の場合に前記アキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を大きくし又は／及び前記バイパス弁を開とし、次に前記サブアキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を更に大きくし又は／及び前記バイパス弁を全開とし、圧縮機起動後所定時間が経過した後又は／及び低圧側冷媒回路の圧力が所定値以上の場合に前記アキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を絞り又は／及び前記バイパス弁を閉とするとともに、アキュームレータ上流側の流量制御弁を絞り、次に前記サブアキュームレータに設けた液面検知手段が上限液面を検知すると、前記膨張弁の開度を更に絞り又は／及び前記流量制御弁を更に絞ることを特徴とする熱ポンプ装置。
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