JP6847023B2 - Control method of heat pump device and heat pump device - Google Patents
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Description
本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機にて圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器にて凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁としての第1膨張弁及び第2膨張弁と、前記膨張弁にて膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記第1膨張弁と前記第2膨張弁と前記蒸発器とに記載の順に冷媒を循環する冷媒循環路とを備え、前記冷媒循環路を、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間に冷媒を貯留するレシーバを介さない状態で備えるヒートポンプ装置の制御方法、及びヒートポンプ装置に関する。 The present invention includes a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, and a first expansion valve and a second expansion valve as expansion valves that expand the refrigerant condensed by the condenser. , The refrigerant circulation that circulates the refrigerant in the order described in the evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion valve, the compressor, the condenser, the first expansion valve, the second expansion valve, and the evaporator. The present invention relates to a control method of a heat pump device provided with a passage and the refrigerant circulation path provided between the first expansion valve and the second expansion valve without a receiver for storing a refrigerant, and a heat pump device.
昨今、ヒートポンプ装置として、圧縮機にて圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器にて凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁としての第1膨張弁及び第2膨張弁と、膨張弁にて膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、圧縮機と凝縮器と第1膨張弁と第2膨張弁と蒸発器とに記載の順に冷媒を循環する冷媒循環路とを備えるヒートポンプ装置が知られている(特許文献1を参照)。
特許文献1に開示の技術にあっては、冷媒循環路から冷媒が漏洩した場合の環境への影響を低減するべく、冷媒循環路に充填する冷媒量を低減する目的で、ヒートポンプ装置の運転時に、第1膨張弁にて減圧することにより、第1膨張弁から第2膨張弁までの冷媒循環路を気液混相状態で制御することが開示されている。
Recently, as a heat pump device, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, a first expansion valve and a second expansion valve as expansion valves that expand the refrigerant condensed by the condenser, and expansion with an expansion valve. A heat pump device including an evaporator for evaporating the generated refrigerant and a refrigerant circulation path for circulating the refrigerant in the order described in the compressor, the condenser, the first expansion valve, the second expansion valve, and the evaporator is known ( See Patent Document 1).
In the technique disclosed in
上記特許文献1に開示の技術では、第1膨張弁にて減圧することが開示されているものの、その目的は、冷媒循環路に充填する冷媒量の低減である。
また、特許文献1には、第1膨張弁前後の圧力差の制御と、COPとの関係について何ら開示も示唆もなく、その検討等も一切なされていない。
即ち、特許文献1に開示の技術は、第1膨張弁にて開度を制御し減圧することについては、開示があるものの、その制御が、どのように実行されることにより、ヒートポンプ装置のCOPにどのように寄与するのかについて、検討されたものではなく、改善の余地があった。
Although the technique disclosed in
Further,
That is, although the technique disclosed in
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒循環路に充填する冷媒量を低減するために、第1膨張弁から第2膨張弁までの冷媒循環路の冷媒を気液混相状態とした場合において、第1膨張弁の開度もしくは第1膨張弁の開度に起因して変化する凝縮器と第2膨張弁の間に生じる圧力差の具体的な制御による、圧縮動力を極小化してCOPを極大化し得るヒートポンプ装置の制御方法、及びヒートポンプ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to reduce the amount of refrigerant charged in the refrigerant circulation path, in order to reduce the amount of refrigerant in the refrigerant circulation path from the first expansion valve to the second expansion valve. In the case of a gas-liquid mixed phase state, the pressure difference generated between the condenser and the second expansion valve, which changes due to the opening degree of the first expansion valve or the opening degree of the first expansion valve, is specifically controlled. , A method of controlling a heat pump device capable of minimizing the compression power and maximizing the COP, and providing a heat pump device.
上記目的を達成するためのヒートポンプ装置の制御方法は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機にて圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁としての第1膨張弁及び第2膨張弁と、前記膨張弁にて膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記第1膨張弁と前記第2膨張弁と前記蒸発器とに記載の順に冷媒を循環する冷媒循環路とを備え、
前記冷媒循環路を、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間に冷媒を貯留するレシーバを介さない状態で備えるヒートポンプ装置の制御方法であって、その特徴構成は、
前記第1膨張弁の開度もしくは前記第1膨張弁の開度に起因して変化する前記凝縮器と前記第2膨張弁の間に生じる圧力差を、前記第1膨張弁の出口での冷媒が気液混相状態とする状態で、前記圧縮機での圧縮動力を極小化してCOPを極大化するように制御し、
前記ヒートポンプ装置の運転条件としてのパラメータの夫々の変化率が、安定判定時間に亘って所定の安定判定割合に収まっている安定状態にあることを判定する安定判定工程と、
前記安定判定工程において前記安定状態にあると判定した場合に、前記ヒートポンプ装置の運転条件毎に、当該運転条件と前記開度もしくは前記圧力差との関係であるマップデータから現状の運転条件に対応する前記開度もしくは前記圧力差を読み出す圧力差読出工程と、
前記開度もしくは前記圧力差を前記圧力差読出工程にて読み出された値に維持した状態で、前記圧縮機での圧縮動力を算出する圧縮動力算出工程と、
前記開度もしくは前記圧力差を、前記圧縮動力算出工程にて算出された圧縮動力が極小値となりCOPが極大値となるように制御する圧力差制御工程とを有する点にある。
The control method of the heat pump device for achieving the above object is
A compressor for compressing refrigerant, a condenser for condensing refrigerant compressed by said compressor, a first expansion valve and the second expansion valve as an expansion valve for expanding the refrigerant condensed by the condenser, the An evaporator that evaporates the refrigerant expanded by the expansion valve, and a refrigerant circulation path that circulates the refrigerant in the order described in the compressor, the condenser, the first expansion valve, the second expansion valve, and the evaporator. Equipped with
A control method for a heat pump device in which the refrigerant circulation path is provided between the first expansion valve and the second expansion valve without a receiver for storing refrigerant, and the characteristic configuration thereof is.
The pressure difference generated between the compressor and the second expansion valve, which changes due to the opening degree of the first expansion valve or the opening degree of the first expansion valve, is the refrigerant at the outlet of the first expansion valve. Is in a gas-liquid mixed state, and the compression power in the compressor is controlled to be minimized to maximize the COP.
A stability determination step for determining that the rate of change of each parameter as an operating condition of the heat pump device is within a predetermined stability determination ratio over the stability determination time, and a stability determination step.
When it is determined in the stability determination step that the heat pump device is in the stable state, the current operating conditions are supported from the map data which is the relationship between the operating conditions and the opening degree or the pressure difference for each operating condition of the heat pump device. The pressure difference reading step of reading the opening degree or the pressure difference to be performed, and
A compression power calculation step of calculating the compression power of the compressor while maintaining the opening degree or the pressure difference at the value read in the pressure difference reading step.
It has a pressure difference control step of controlling the opening degree or the pressure difference so that the compression power calculated in the compression power calculation step becomes the minimum value and the COP becomes the maximum value .
上記目的を達成するためのヒートポンプ装置は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機にて圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁としての第1膨張弁及び第2膨張弁と、前記膨張弁にて膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記第1膨張弁と前記第2膨張弁と前記蒸発器とに記載の順に冷媒を循環する冷媒循環路とを備え、
前記冷媒循環路を、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間に冷媒を貯留するレシーバを介さない状態で備えるヒートポンプ装置であって、その特徴構成は、
前記第1膨張弁の開度もしくは前記第1膨張弁の開度に起因して変化する前記凝縮器と前記第2膨張弁の間に生じる圧力差を、前記第1膨張弁の出口での冷媒が気液混相状態とする状態で、前記圧縮機での圧縮動力を極小化してCOPを極大化するように制御する圧力差制御部と、
前記ヒートポンプ装置の運転条件としてのパラメータの夫々の変化率が、安定判定時間に亘って所定の安定判定割合に収まっている安定状態にあることを判定する安定判定部と、
前記安定判定部において前記安定状態にあると判定した場合に、前記ヒートポンプ装置の運転条件毎に、当該運転条件と前記開度もしくは前記圧力差との関係であるマップデータから現状の運転条件に対応する前記開度もしくは前記圧力差を読み出す圧力差読出部と、
前記開度もしくは前記圧力差を前記圧力差読出部にて読み出された値に維持した状態で、前記圧縮機での圧縮動力を算出する圧縮動力算出部とを有し、
前記圧力差制御部は、前記開度もしくは前記圧力差を、前記圧縮動力算出部にて算出された圧縮動力が極小値となりCOPが極大値となるように制御する点にある。
The heat pump device for achieving the above purpose is
A compressor for compressing refrigerant, a condenser for condensing refrigerant compressed by said compressor, a first expansion valve and the second expansion valve as an expansion valve for expanding the refrigerant condensed by the condenser, the An evaporator that evaporates the refrigerant expanded by the expansion valve, and a refrigerant circulation path that circulates the refrigerant in the order described in the compressor, the condenser, the first expansion valve, the second expansion valve, and the evaporator. Equipped with
A heat pump device including the refrigerant circulation path between the first expansion valve and the second expansion valve without a receiver for storing the refrigerant, wherein the heat pump device has a characteristic configuration.
The pressure difference generated between the condenser and the second expansion valve, which changes due to the opening degree of the first expansion valve or the opening degree of the first expansion valve, is the refrigerant at the outlet of the first expansion valve. A pressure difference control unit that controls the compression power of the compressor to be minimized and the COP to be maximized in a gas-liquid mixed phase state .
A stability determination unit that determines that the rate of change of each parameter as an operating condition of the heat pump device is in a stable state within a predetermined stability determination ratio over the stability determination time.
When the stability determination unit determines that the heat pump device is in the stable state, it corresponds to the current operating condition from the map data which is the relationship between the operating condition and the opening degree or the pressure difference for each operating condition of the heat pump device. A pressure difference reading unit that reads out the opening degree or the pressure difference
It has a compression power calculation unit that calculates the compression power of the compressor while maintaining the opening degree or the pressure difference at the value read by the pressure difference reading unit.
The pressure difference control unit controls the opening degree or the pressure difference so that the compression power calculated by the compression power calculation unit becomes the minimum value and the COP becomes the maximum value .
本発明の発明者らは、膨張弁として第1膨張弁と第2膨張弁とを有すると共にレシーバを有さないヒートポンプ装置において、冷媒循環路に充填する冷媒量を低減するために、第1膨張弁から第2膨張弁までの冷媒循環路の冷媒を気液混相状態とする状態で、凝縮器の出口での「第1膨張弁における開度もしくはその開度に起因して生じる凝縮器と第2膨張弁の間に生じる圧力差(以下、「第1膨張弁前後の圧力差」と記載する場合がある)の制御」により、ヒートポンプ装置の圧縮動力が極小値を取りCOPが極大値を取り得る形で変化するという知見を、新たに見出し、発明を完成するに至ったものである。
以下、図2に基づいて、説明を追加する。尚、図2では、「第1膨張弁前後の圧力差」が小さい場合(図2のph線図で鎖線)から大きい場合(図2のph線図で実線)へ変化する状況について説明する。因みに、以下では、蒸発器での冷却能力(例えば、冷房運転における冷房能力)のCOPを極大化できる理由について説明する。
図1に示す膨張弁として第1膨張弁と第2膨張弁とを有すると共にレシーバを有さないヒートポンプ装置においては、図2に示すように、第1膨張弁から第2膨張弁までの冷媒循環路の冷媒を気液混相状態とする状態で、「第1膨張弁前後の圧力差」を大きくすると、第1膨張弁から第2膨張弁までの間の冷媒循環路内の冷媒の乾き度が増加、即ち冷媒の密度が低下するため、その分の冷媒が凝縮器へ留まることになる。この現象は、ビルマルタイプのように、第1膨張弁から第2膨張弁までの間の冷媒循環路が比較的長い場合に顕著に生じる。凝縮器に保有される冷媒量を増やすためには、凝縮器出口での過冷却度が増える必要があるが、凝縮器出口温度が低下し、その比エンタルピが減少する現象と、凝縮器出口の冷媒圧力が増加する現象の2つが生じる可能性があると考えられる。
In a heat pump device having a first expansion valve and a second expansion valve as expansion valves and no receiver, the inventors of the present invention first expand the first expansion in order to reduce the amount of refrigerant charged in the refrigerant circulation path. In a state where the refrigerant in the refrigerant circulation path from the valve to the second expansion valve is in a gas-liquid mixed state, "the opening degree of the first expansion valve or the condenser and the second caused by the opening degree" at the outlet of the condenser. By controlling the pressure difference (hereinafter, sometimes referred to as "pressure difference before and after the first expansion valve") that occurs between the two expansion valves, the compression power of the heat pump device takes the minimum value and the COP takes the maximum value. We have newly discovered the finding that it changes in the form of gain, and have completed the invention.
Hereinafter, a description will be added based on FIG. Note that FIG. 2 describes a situation in which the “pressure difference before and after the first expansion valve” changes from a small case (chain line in the pH diagram of FIG. 2) to a large case (solid line in the pH diagram of FIG. 2). Incidentally, in the following, the reason why the COP of the cooling capacity in the evaporator (for example, the cooling capacity in the cooling operation) can be maximized will be described.
In the heat pump device having the first expansion valve and the second expansion valve as the expansion valve shown in FIG. 1 and not having a receiver, as shown in FIG. 2, the refrigerant circulation from the first expansion valve to the second expansion valve. When the "pressure difference before and after the first expansion valve" is increased while the refrigerant in the path is in a gas-liquid mixed state, the dryness of the refrigerant in the refrigerant circulation path between the first expansion valve and the second expansion valve becomes dry. Since the increase, that is, the density of the refrigerant decreases, the amount of the refrigerant stays in the condenser. This phenomenon occurs remarkably when the refrigerant circulation path between the first expansion valve and the second expansion valve is relatively long, as in the Birmal type. In order to increase the amount of refrigerant retained in the condenser, it is necessary to increase the degree of supercooling at the outlet of the condenser, but the phenomenon that the temperature at the outlet of the condenser decreases and its specific enthalpy decreases, and the phenomenon of the outlet of the condenser It is considered that two phenomena that the refrigerant pressure increases may occur.
前者では、蒸発器に導入される比エンタルピも低くなる(図2でΔh)するため、蒸発器での冷却能力(比エンタルピ差)は、「第1膨張弁前後の圧力差」を増加前の冷却能力をdh1とし、「第1膨張弁前後の圧力差」を増加後の冷却能力をdh2とすると、以下の(式1)で表される。
dh2=dh1+Δh・・・(式1)
In the former case, the specific enthalpy introduced into the evaporator is also low (Δh in FIG. 2), so that the cooling capacity (specific enthalpy difference) in the evaporator is before the “pressure difference before and after the first expansion valve” is increased. Assuming that the cooling capacity is dh 1 and the cooling capacity after increasing the "pressure difference before and after the first expansion valve" is dh 2 , it is expressed by the following (Equation 1).
dh 2 = dh 1 + Δh ... (Equation 1)
一方、後者では、凝縮圧力が増加(図2のΔPc)し、それに応じて圧縮機での圧縮仕事(比エンタルピ差)が増加(図2でΔw)するため、圧縮機での圧縮仕事(比エンタルピ差)は、「第1膨張弁前後の圧力差」を増加前の圧縮仕事をdw1とし、「第1膨張弁前後の圧力差」を増加後の圧縮仕事をdw2とすると、以下の(式2)で表される。
dw2=dw1+Δw・・・(式2)
On the other hand, in the latter case, the condensing pressure increases (ΔP c in FIG. 2), and the compression work (specific enthalpy difference) in the compressor increases accordingly (Δw in FIG. 2). The specific enthalpy difference) is as follows, assuming that the "pressure difference before and after the first expansion valve" is dw 1 before the increase and the "pressure difference before and after the first expansion valve" is dw 2 after the increase. It is expressed by (Equation 2) of.
dw 2 = dw 1 + Δw ... (Equation 2)
ここで、冷却能力に対応するCOPcは、以下の式で表される。
COPc=dh2/dw2・・・(式3)
Here, the COP c corresponding to the cooling capacity is expressed by the following equation.
COP c = dh 2 / dw 2 ... (Equation 3)
当該COPcは、「第1膨張弁前後の圧力差」が大きくなると、COPcの増加に繋がるdh2としてのΔhが増大する一方、COPcの減少に繋がるdw2としてのΔwが増大するため、両者はトレードオフの関係にあるため、COPcに極大値が存在すると推定できる。凝縮器出口の冷媒温度は外気温度までが理論的な下限となるため、Δhには上限が存在する。一方、ヒートポンプ装置の耐圧の制限がないとすればΔPcには上限の制約はない。そのため、ΔPcに相関して大きくなるΔwが、Δh×dw1/dh1以上に増加すると、COPcの向上効果はなくなると考えられる。
尚、加熱能力(例えば、暖房運転における暖房能力)に対応するCOPhについては、説明を省略するが、冷却運転時のCOPcと同様の理由にて、「第1膨張弁前後の圧力差」を変化させた場合に極大値が発生する。
As for the COP c , when the "pressure difference before and after the first expansion valve" becomes large, Δh as dh 2 leading to an increase in COP c increases, while Δw as dw 2 leading to a decrease in COP c increases. Since there is a trade-off between the two, it can be estimated that there is a maximum value in COP c. Since the theoretical lower limit of the refrigerant temperature at the outlet of the condenser is up to the outside air temperature, there is an upper limit for Δh. On the other hand, if there is no limit on the withstand voltage of the heat pump device, there is no upper limit on ΔP c. Therefore, if Δw, which increases in correlation with ΔP c , increases to Δh × dw 1 / dh 1 or more, it is considered that the effect of improving COP c disappears.
The COP h corresponding to the heating capacity (for example, the heating capacity in the heating operation) will not be described, but for the same reason as the COP c during the cooling operation, "pressure difference before and after the first expansion valve". A maximum value occurs when is changed.
前記の補足であるが、「第1膨張弁前後の圧力差」を増加させると、同じ空調(冷房)能力の場合であれば、蒸発器での比エンタルピ差が増加するため、冷媒循環量は減少する。そのため、COPに極大値が発生する条件では、圧縮仕事(比エンタルピ差)と冷媒循環量の積である圧縮動力自体は極小値となる。
また、冷媒循環量が減少すると、蒸発器や凝縮器の熱交面積が相対的に増えることになるため、蒸発圧力は増加し、凝縮圧力は低下する特性がある。ただし、蒸発ではより液に近く比エンタルピが小さい(乾き度が小さい)状態から蒸発させる必要があり、また凝縮ではより過冷却度がついた比エンタルピが小さい状態まで凝縮させる必要があるため、各々の圧力については逆の影響となる。実際には蒸発器や凝縮器での伝熱現象を考慮した蒸発圧力および凝縮圧力で運転されることとなる。
因みに、冷媒循環量が減少すると、室内機と室外機を連結する配管等(特にガス管)で生じる圧力損失が減少するため、実際にはCOPが更に向上する効果も期待できる。
以上より、第1膨張弁前後の圧力差の具体的な制御による、圧縮動力を極小化してCOPを極大化し得るヒートポンプ装置の制御方法、及びヒートポンプ装置を実現できる。
尚、レシーバを有する構成においては、レシーバ内に冷媒が溜まり凝縮器が保有する冷媒量は増加しないため、「第1膨張弁前後の圧力差の制御」により、第1膨張弁の出口での冷媒を気液混相状態としたとしても、上述の理由の如くCOPの極大化を期待することはできないと考えられる。
As a supplement to the above, if the "pressure difference before and after the first expansion valve" is increased, the specific enthalpy difference in the evaporator will increase if the air conditioning (cooling) capacity is the same, so the amount of refrigerant circulation will increase. Decrease. Therefore, under the condition that the maximum value is generated in COP, the compression power itself, which is the product of the compression work (specific enthalpy difference) and the amount of refrigerant circulation, becomes the minimum value.
Further, when the amount of refrigerant circulation decreases, the heat exchange area of the evaporator and the condenser increases relatively, so that the evaporation pressure increases and the condensation pressure decreases. However, in evaporation, it is necessary to evaporate from a state where it is closer to the liquid and has a small specific enthalpy (less dryness), and in condensation, it is necessary to condense to a state where the specific enthalpy with a higher degree of supercooling is small. It has the opposite effect on the pressure of. Actually, it will be operated at the evaporation pressure and the condensation pressure in consideration of the heat transfer phenomenon in the evaporator and the condenser.
Incidentally, when the amount of refrigerant circulation is reduced, the pressure loss generated in the pipes connecting the indoor unit and the outdoor unit (particularly the gas pipe) is reduced, so that the effect of further improving the COP can be expected in practice.
From the above, it is possible to realize a control method of the heat pump device capable of minimizing the compression power and maximizing the COP by concretely controlling the pressure difference before and after the first expansion valve, and the heat pump device.
In the configuration having a receiver, the refrigerant is accumulated in the receiver and the amount of the refrigerant held by the condenser does not increase. Therefore, the refrigerant at the outlet of the first expansion valve is controlled by "controlling the pressure difference before and after the first expansion valve". It is considered that the maximization of COP cannot be expected as described above even if the gas-liquid mixed phase state is set.
ヒートポンプ装置の制御方法の更なる特徴構成は、
前記ヒートポンプ装置の運転条件毎に、当該運転条件と前記開度もしくは前記圧力差との関係であるマップデータから、現状の運転条件に対応した前記開度もしくは前記圧力差を読み出し、現状の運転条件に対応した前記圧縮機での圧縮動力を算出し、当該圧縮動力が極小化してCOPが極大化するように、前記開度もしくは前記圧力差を制御する点にある。
Further features of the control method of the heat pump device
For each operating condition of the heat pump device, the opening or the pressure difference corresponding to the current operating condition is read out from the map data which is the relationship between the operating condition and the opening or the pressure difference, and the current operating condition is read. The point is to calculate the compression power in the compressor corresponding to the above, and control the opening degree or the pressure difference so that the compression power is minimized and the COP is maximized.
さて、第1膨張弁における開度もしくはその開度に起因して生じる凝縮器と第2膨張弁の間に生じる圧力差(「第1膨張弁前後の圧力差」)は、圧縮機の回転数、外気温度、室内温度(室内機吸い込み空気温度)、室内機運転負荷率(室外機定格容量に対する運転している室内機の合計容量の比率)、凝縮圧力、蒸発圧力、過冷却度(凝縮器出口)、過熱度(圧縮機入口)、室外機ファン回転数、冷媒充填量等の運転条件に基づいて決定されるものである。
そこで、本発明にあっては、これらの運転条件と、第1膨張弁前後の圧力差(第1膨張弁における開度、及びその開度に起因して生じる凝縮器と第2膨張弁の間に生じる圧力差を意味する概念)との関係であるマップデータから、現状の運転条件に対応した第1膨張弁前後の圧力差を読み出し、更に、取得した運転条件に対応した圧縮動力を算出し、第1膨張弁前後の圧力差を、算出した圧縮動力が極小してCOPが極大化するように制御するのである。
尚、記憶されるマップデータの運転条件は、離散的に記憶することができ、現状の運転条件が、離散的に記憶された条件の間の条件である場合、両者の間の値が補間計算され、現状の運転条件に対応した第1膨張弁前後の圧力差が算出され読み出される。
By the way, the opening degree of the first expansion valve or the pressure difference generated between the condenser and the second expansion valve caused by the opening degree (“pressure difference before and after the first expansion valve”) is the number of revolutions of the compressor. , Outside air temperature, indoor temperature (indoor unit suction air temperature), indoor unit operating load factor (ratio of total capacity of operating indoor unit to outdoor unit rated capacity), condensation pressure, evaporation pressure, supercooling degree (condenser) It is determined based on operating conditions such as outlet), degree of superheat (compressor inlet), outdoor unit fan rotation speed, and refrigerant filling amount.
Therefore, in the present invention, these operating conditions and the pressure difference before and after the first expansion valve (the opening degree in the first expansion valve and between the condenser and the second expansion valve caused by the opening degree). The pressure difference before and after the first expansion valve corresponding to the current operating conditions is read out from the map data which is the relationship with the map data (concept meaning the pressure difference generated in), and the compression power corresponding to the acquired operating conditions is calculated. The pressure difference before and after the first expansion valve is controlled so that the calculated compression power is minimized and the COP is maximized.
The operating conditions of the stored map data can be stored discretely, and when the current operating conditions are conditions between the discretely stored conditions, the value between the two is interpolated. Then, the pressure difference before and after the first expansion valve corresponding to the current operating conditions is calculated and read out.
ヒートポンプ装置の制御方法の更なる特徴構成は、
前記圧力差制御工程では、前記開度もしくは前記圧力差に対応する圧縮動力と、現状の前記開度もしくは前記圧力差を所定変化量だけ変化させた後の圧縮動力とを比較し、小さい方の圧縮動力に対応する前記開度もしくは前記圧力差を、現状の前記開度もしくは前記圧力差とする処理を連続して実行する局所探索法により、圧縮動力を極小化してCOPを極大化する前記開度もしくは前記圧力差を導出する点にある。
Further features of the control method of the heat pump device
In the pressure difference control step, the compression power corresponding to the opening degree or the pressure difference is compared with the compression power after changing the current opening degree or the pressure difference by a predetermined change amount, and the smaller one is compared. The opening that minimizes the compression power and maximizes the COP by a local search method that continuously executes a process of continuously converting the opening or the pressure difference corresponding to the compression power into the current opening or the pressure difference. The point is to derive the degree or the pressure difference.
本発明の発明者らは、これまで説明してきたように、膨張弁として第1膨張弁と第2膨張弁を有すると共にレシーバを有さないヒートポンプ装置が、第1膨張弁前後の圧力差の最適化により、圧縮動力が極小値を有し、COPが極大値を有することを、新たに見出した。
そこで、圧力差制御工程において上述の局所探索法を実行することにより、圧縮動力を極小化してCOPを極大化する圧力差を良好に導出することができる。
尚、この場合、学習制御を合わせて適用することも可能である。
As described above, the inventors of the present invention use a heat pump device having a first expansion valve and a second expansion valve as expansion valves and no receiver to optimize the pressure difference before and after the first expansion valve. It was newly found that the compression power has a minimum value and the COP has a maximum value.
Therefore, by executing the above-mentioned local search method in the pressure difference control step, it is possible to satisfactorily derive the pressure difference that minimizes the compression power and maximizes the COP.
In this case, it is also possible to apply the learning control together.
ヒートポンプ装置の制御方法の更なる特徴構成は、
前記安定判定工程と前記圧力差読出工程と前記圧縮動力算出工程と前記圧力差制御工程とを、前記ヒートポンプ装置の運転時にリアルタイムに実行する形態で、前記開度もしくは前記圧力差を制御する点にある。
Further features of the control method of the heat pump device
The point of controlling the opening degree or the pressure difference in a form in which the stability determination step, the pressure difference reading step, the compression power calculation step, and the pressure difference control step are executed in real time during the operation of the heat pump device. is there.
第1膨張弁前後の圧力差を制御する場合、前記の運転条件が経時的に変化すると、制御された圧力差において、圧縮動力が適切に極小値(COPが適切に極大値)にならない可能性がある。
そこで、上記特徴構成にあっては、安定判定工程と圧力差読出工程と前記圧縮動力算出工程と圧力差制御工程とを、ヒートポンプ装置の運転時にリアルタイムに実行することで、圧縮動力が適切に極小値を維持(COPが適切に極大値を維持)するように、第1膨張弁前後の圧力差を制御することができるのである。
When controlling the pressure difference before and after the first expansion valve, if the above operating conditions change over time, there is a possibility that the compression power will not reach the minimum value (COP properly) at the controlled pressure difference. There is.
Therefore, in the above-mentioned feature configuration, the compression power is appropriately minimized by executing the stability determination step, the pressure difference reading step, the compression power calculation step, and the pressure difference control step in real time during the operation of the heat pump device. The pressure difference before and after the first expansion valve can be controlled so as to maintain the value (COP appropriately maintains the maximum value).
本発明の実施形態に係るヒートポンプ装置100の制御方法、及びヒートポンプ装置100は、第1膨張弁前後の圧力差の具体的な制御により、圧縮動力を極小化してCOPを極大化し得るものに関する。
尚、当該実施形態に係るヒートポンプ装置100の制御方法、及びヒートポンプ装置100では、第1膨張弁前後の圧力差を変化させているときには、空調能力は変化させないものとする。
The control method of the
In the control method of the
実施形態に係るヒートポンプ装置100は、図1に示すように、エンジン14にて回転駆動され冷媒を圧縮する圧縮機11と、圧縮機11にて圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器にて凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁としての第1膨張弁及び第2膨張弁と、膨張弁にて膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、圧縮機11と凝縮器と第1膨張弁と第2膨張弁と蒸発器とに記載の順に冷媒を循環する冷媒循環路C1とを備える。即ち、当該実施形態にあっては、冷媒循環路C1を、第1膨張弁と第2膨張弁との間に冷媒を貯留するレシーバを介さない状態で備えている。
尚、当該冷媒循環路C1には、冷房運転(蒸発器にて冷却能力を発揮する運転)と暖房運転(凝縮器で加熱の能力を発揮する運転)とで冷媒の循環状態を切り替える四方弁20が設けられている。
また、圧縮機11の入口には冷媒を貯留するアキュムレータ15が設けられ、液相状態の冷媒が圧縮機11へ導かれることを防止している。
更に、圧縮機11の出口には圧縮機11から冷媒配管内へ混入したオイルを冷媒から分離するオイルセパレータ16が設けられると共に、当該オイルセパレータ16と圧縮機11の入口とを連通接続するオイル流路Lo及びオイル流路Loを開閉するオイル弁V3が設けられており、オイルセパレータ16に貯留されたオイルは、定期的に、オイル弁V3を閉止状態から開放状態へ移行する形態で、圧縮機11の入口へ導かれる。
As shown in FIG. 1, the
The refrigerant circulation path C1 has a four-
Further, an
Further, an
冷房運転時には、図1に示すように、冷媒循環路C1を通流する冷媒は、圧縮機11、オイルセパレータ16、ファン(図示せず)により送風される室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器12(凝縮器に相当)、暖房用膨張弁Vh(第1膨張弁に相当)、冷房用膨張弁Vc(第2膨張弁に相当)、ファン(図示せず)により送風される室内空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器13(蒸発器に相当)とに記載の順に循環するように、四方弁20が切り換えられる。
一方、暖房運転時には、図示は省略するが、冷媒循環路C1を通流する冷媒は、圧縮機11、オイルセパレータ16、ファン(図示せず)により送風される室内空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器13(凝縮器に相当)、冷房用膨張弁Vc(第1膨張弁に相当)、暖房用膨張弁Vh(第2膨張弁に相当)、ファン(図示せず)により送風される室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器12(蒸発器に相当)とに記載の順に循環するように、四方弁20が切り換えられる。なお、エンジン14の排熱を用いて冷媒の一部を蒸発させる熱交換器も設置されている場合が多いが、図示は省略する。
During the cooling operation, as shown in FIG. 1, the refrigerant flowing through the refrigerant circulation path C1 exchanges heat between the outdoor air blown by the
On the other hand, during the heating operation, although not shown, the refrigerant flowing through the refrigerant circulation path C1 exchanges heat between the refrigerant and the indoor air blown by the
さて、当該実施形態に係るヒートポンプ装置100にあっては、圧縮動力を極小化するべく(COPを極大化するべく)、運転を制御する制御装置50は、圧縮機11の回転数、外気温度、室内温度(室内機吸い込み空気温度)、室内機運転負荷率(室外機定格容量に対する運転している室内機の合計容量の比率)、凝縮圧力、蒸発圧力、過冷却度(凝縮器出口)、過熱度(圧縮機入口)、室外機ファン回転数、冷媒充填量等の運転条件毎に、当該運転条件と当該運転条件から決定される第1膨張弁前後の圧力差(第1膨張弁における開度、もしくはその開度に起因して生じる凝縮器と第2膨張弁の間に生じる圧力差)との関係であるマップデータを記憶する記憶部51を備えると共に、以下の各種制御を実行する制御部52をソフトウェアとハードウェアとが協働する形態で備えている。
説明を追加すると、制御部52は、前記の運転条件としてのパラメータの夫々の変化率が、安定判定時間(例えば、5分間)に亘って所定の安定判定割合に収まっている安定状態にあることを安定判定部と、安定判定部において安定状態にあると判定した場合に、マップデータから現状の運転条件に対応する第1膨張弁前後の圧力差を読み出す圧力差読出部と、第1膨張弁前後の圧力差を圧力差読出部にて読み出された値に維持した状態で、圧縮機11での圧縮動力を算出する圧縮動力算出部と、圧縮動力算出部にて算出された圧縮動力を極小値としCOPを極大値とする圧力差となるように、第1膨張弁の出口での冷媒が気液混相状態とする状態で、第1膨張弁前後の圧力差を制御する圧力差制御部とを有する。
In the
Adding an explanation, the
ここで、安定判定部において安定判定割合に収まっている安定状態とは、例えば、安定判定時間における値の平均値に対する最大値の割合、及び安定判定時間における値の平均値に対する最小値の割合の双方が、所定の割合以下であることを意味するものとする。
具体的には上記の割合は、例えば、圧縮機や室外ファン等の回転数は2%以内(定格運転での値を基準)、外気温度、室内温度(室内機吸い込み空気温度)、過熱度、過冷却度は1K以内、凝縮圧力や蒸発圧力は2%以内(定格運転での値を基準)、室内機運転負荷率は変化無しとなる状態を、安定状態と規定する。
Here, the stable state within the stability determination ratio in the stability determination unit is, for example, the ratio of the maximum value to the average value in the stability determination time and the ratio of the minimum value to the average value in the stability determination time. It shall mean that both are less than or equal to the prescribed ratio.
Specifically, the above ratios are, for example, the number of revolutions of the compressor, outdoor fan, etc. within 2% (based on the value in rated operation), outside air temperature, indoor temperature (indoor unit suction air temperature), superheat degree, etc. A stable state is defined as a state in which the degree of supercooling is within 1 K, the condensation pressure and evaporation pressure are within 2% (based on the values in rated operation), and the indoor unit operating load factor does not change.
記憶部51に記憶されるマップデータとしては、例えば、図1にその一部を示すように、圧縮機11の回転数が大きいほど第1膨張弁前後の圧力差が大きくなる関係等を、外気温度等の他の運転条件毎に記憶したものとなっている。
尚、当該マップデータは、第1膨張弁前後の圧力差は、冷媒循環路C1の配管長にも依存する値である。このため、マップデータは、ヒートポンプ装置を設置するビル等の設備毎の冷媒循環路C1の配管、具体的には室外機と室内機の連絡配管の長さ毎に、記憶されることが望ましい。
As the map data stored in the
In the map data, the pressure difference before and after the first expansion valve is a value that also depends on the pipe length of the refrigerant circulation path C1. Therefore, it is desirable that the map data is stored for each pipe of the refrigerant circulation path C1 for each facility such as a building in which the heat pump device is installed, specifically, for each length of the connecting pipe between the outdoor unit and the indoor unit.
当該実施形態に係るヒートポンプ装置100にあっては、図示は省略するが、冷媒圧力及び冷媒温度を計測するセンサが適宜設けられている。圧縮動力算出部では、上記センサの出力に基づいて、圧縮機11の入口と出口でのエンタルピを算出し、圧縮機11の出口のエンタルピから圧縮機11の入口のエンタルピを減算した値に、圧縮機11の回転数と体積効率と排除容積と圧縮機入口の冷媒密度の積として算出される冷媒循環量を積算する形態で、圧縮動力Wを算出する。
尚、圧縮動力算出部による演算は、すべて、第1膨張弁前後の圧力差を圧力差読出部にて読み出された値に維持した状態で実行される。
Although not shown, the
All the calculations by the compression power calculation unit are executed in a state where the pressure difference before and after the first expansion valve is maintained at the value read by the pressure difference reading unit.
次に、当該実施形態に係るヒートポンプ装置100において圧縮動力を極小化(COPを極大化)する制御を、図3の制御フローに基づいて説明する。
尚、当該実施形態に係るヒートポンプ装置100では、図3に示す制御フローを、ヒートポンプ装置100の運転時にリアルタイムに実行するものであり、これにより、運転条件の変化に追従する形態で、第1膨張弁前後の圧力差が制御されることとなる。
Next, the control for minimizing the compression power (maximizing the COP) in the
In the
第1膨張弁前後の圧力差による圧縮動力の極小化による制御は、前の制御から所定の時間(例えば、5分間)が経過したタイミングや、運転条件が大きく変化するタイミングで、リアルタイムに実行される。
制御部52は、運転条件を取得する(#01)。
制御部52は、安定判定工程として、#01のステップにて取得した各運転条件としてのパラメータの夫々の変化率が、安定判定時間に亘って所定の安定判定割合に収まっている安定状態にあるか否かを判定する安定判定工程を実行し(#02)、安定状態にない場合には所定時間(例えば、2分間)待機した後(#03)、再度、安定判定工程を実行する(#02)。
安定判定工程にて安定していると判定された場合、制御部52は、記憶部51にて記憶されるマップデータに基づいて、現状の第1膨張弁前後の圧力差を読み出す圧力差読出工程を実行する(#04)。
制御部52は、第1膨張弁前後の圧力差を圧力差読出工程にて読み出した値に維持した状態で、各運転条件の安定判定(#06)や所定時間の待機(#07)を実施した後に、圧縮機11での圧縮動力を算出する圧縮動力算出工程を実行する(#08)。
The control by minimizing the compression power due to the pressure difference before and after the first expansion valve is executed in real time at the timing when a predetermined time (for example, 5 minutes) elapses from the previous control or at the timing when the operating conditions change significantly. To.
The
As a stability determination step, the
When it is determined to be stable in the stability determination step, the
The
制御部52は、以下の#09〜#16のステップを実行することで、第1膨張弁前後の圧力差を、圧縮動力算出工程にて算出された圧縮動力を極小値となるように制御する圧力差損制御工程を実行する。
換言すると、制御部52は、当該圧力差制御工程において、現状の第1膨張弁前後の圧力差に対応する圧縮動力と、現状の第1膨張弁前後の圧力差を所定変化量だけ変化させた後の圧力差に対応する圧縮動力とを比較し、小さい方の圧縮動力に対応する第1膨張弁前後の圧力差を現状の第1膨張弁前後の圧力差とする処理を連続して実行する局所探索法により、圧縮動力を極小とする第1膨張弁前後の圧力差を導出する。
尚、詳細な説明は省略するが、制御部52は、学習制御を合わせて適用して、圧縮動力を極小化してCOPを極大化する第1膨張弁前後の圧力差を導出する制御を実行しても構わない。
尚、冷媒充填量が経時変化し、冷媒漏洩によって充填量が減少した場合、事前に準備するマップデータからの情報だけでは、圧縮動力が、最適値(圧縮動力の極小値)からズレることになる。この様な場合であっても、上述の局所探索法で制御することにより、ある程度対応できる。
By executing the following
In other words, in the pressure difference control step, the
Although detailed description is omitted, the
If the refrigerant filling amount changes over time and the filling amount decreases due to refrigerant leakage, the compression power will deviate from the optimum value (minimum value of compression power) only with the information from the map data prepared in advance. .. Even in such a case, it can be dealt with to some extent by controlling by the above-mentioned local search method.
具体的には、制御部52は、n=1とし(#09)、n=1において、現状の第1膨張弁前後の圧力差dPnに対応する圧縮動力Wnと、圧力差を所定変化量だけ変化させた後の第1膨張弁前後の圧力差dPn+1に対応するWn+1とを算出し(#10)、Wn+1とWnとの差の絶対値(|Wn+1−Wn|)が規定値αより小さいか否かを判定する(#11)。
制御部52は、Wn+1とWnとの差の絶対値(|Wn+1−Wn|)が規定値αより小さい場合(#11でYes)、現状の第1膨張弁前後の圧力差dPnが、Wを極小とする値の近傍にあると判断し、現状の圧力差dPnで制御を継続する(#16)。
一方、制御部52は、Wn+1とWnとの差の絶対値(|Wn+1−Wn|)が規定値α以上である場合(#11でNo)、圧力差変化後のWn+1が圧力差変化前のWnよりも小さいか否かを判断し(#12)、小さい場合は(#12でYes)、第1膨張弁前後の圧力差の変化方向を維持したままとし(#13)、圧力差変化後のWn+1が圧力差変化前のWn以上の場合(#12でNo)は、第1膨張弁前後の圧力差の変化方向を逆転させる(#14、15)。
制御部52は、上記#12〜#15の制御を、Wn+1とWnとの差の絶対値(|Wn+1−Wn|)が規定値αより小さくなるまで継続する。
Specifically, the
When the absolute value of the difference between W n + 1 and W n (| W n + 1 −W n |) is smaller than the specified value α (Yes in # 11), the
On the other hand, the control unit 52, the absolute value of the difference between W n + 1 and W n (| W n + 1 -W n |) If it is the prescribed value α or more (No in # 11), W n + 1 after the pressure difference change is It is judged whether or not it is smaller than W n before the pressure difference change (# 12), and if it is smaller (# 12 is Yes), the change direction of the pressure difference before and after the first expansion valve is maintained (# 13). ), When W n + 1 after the pressure difference change is W n or more before the pressure difference change (No in # 12), the change direction of the pressure difference before and after the first expansion valve is reversed (# 14, 15).
The
本発明の発明者らは、第1膨張弁から第2膨張弁(冷房用膨張弁Vc)までの冷媒配管(液管)の冷媒が液相となる場合での最適な冷媒充填量のCOPにまで、冷媒充填量を低くした場合でも、「第1膨張弁前後の圧力差を制御」することによりCOPを高めることができることを、計算により新たに見出した。 The inventors of the present invention have set the COP of the optimum refrigerant filling amount when the refrigerant in the refrigerant pipe (liquid pipe) from the first expansion valve to the second expansion valve (cooling expansion valve Vc) is in the liquid phase. It was newly found by calculation that the COP can be increased by "controlling the pressure difference before and after the first expansion valve" even when the refrigerant filling amount is lowered.
第1膨張弁から第2膨張弁(冷房用膨張弁Vc)までの冷媒配管(液管)の冷媒が液相となる場合で、「第1膨張弁前後の圧力差が固定」されている場合、図4(b)に示すように、冷媒充填量が増加するに従って、凝縮器12の出口温度の低下(冷却能力の向上に伴うCOPの向上)による効果があることと、図4(d)に示すように、冷媒充填量が増加するに従って、凝縮器12の出口圧力、即ち圧縮機11の出口圧力の増加(圧縮動力の増加に伴うCOPの低下)による効果があることで、両者がトレードオフの関係にあることにより、図4(a)に示すようにCOPを極大化できる冷媒充填量(約18.0kg)が存在することがわかる。この時のCOPは約4.0である。
因みに、図4の計算の条件は、冷却能力:50kW、圧縮機での圧縮効率:80%、体積効率:90%、圧縮機の入口における過熱度SH:5K、外気温度:35℃、室外ファン空気風量:1.6m/s、室外温度:27℃(WB19℃)、室内ファン空気風量:0.8m/s、冷媒:R410A、冷却:無、圧力差:約50kPaとした。尚、図4(c)に示すように、第1膨張弁から第2膨張弁(冷房用膨張弁Vc)までの冷媒配管(液管)の冷媒が、過冷却度を確保でき液相となるように、第1膨張弁前後の圧力差は比較的低い値で固定している。
When the refrigerant in the refrigerant pipe (liquid pipe) from the first expansion valve to the second expansion valve (cooling expansion valve Vc) is in the liquid phase and the pressure difference before and after the first expansion valve is fixed. As shown in FIG. 4 (b), there is an effect by lowering the outlet temperature of the condenser 12 (improving the COP with the improvement of the cooling capacity) as the refrigerant filling amount increases, and FIG. 4 (d). As shown in the above, as the amount of refrigerant charged increases, the outlet pressure of the
Incidentally, the calculation conditions in FIG. 4 are: cooling capacity: 50 kW, compression efficiency in the compressor: 80%, volume efficiency: 90%, superheat degree SH at the inlet of the compressor: 5 K, outside air temperature: 35 ° C., outdoor fan. The air air volume was 1.6 m / s, the outdoor temperature was 27 ° C. (WB19 ° C.), the indoor fan air air volume was 0.8 m / s, the refrigerant was R410A, the cooling was none, and the pressure difference was about 50 kPa. As shown in FIG. 4C, the refrigerant in the refrigerant pipe (liquid pipe) from the first expansion valve to the second expansion valve (cooling expansion valve Vc) can secure the degree of supercooling and becomes a liquid phase. As described above, the pressure difference before and after the first expansion valve is fixed at a relatively low value.
次に、当該実施形態に係るヒートポンプ装置100の制御において、第1膨張弁前後の圧力差を制御した場合の圧縮動力Wの変化に相当するCOPの変化を計算により求めた結果であるグラフ図を示す。
図5は、冷房運転を定格負荷で実行している場合であって、冷房能力:50kW、圧縮効率:80%、体積効率90%、圧縮機11の入口での過熱度SH:5K、外気温度:35℃、室外ファン空気流量:1.6m/s、室内温度:27℃(WB19℃)、室内ファン空気流量:0.8m/s、冷媒:R410Aとした。また、室外機出口から室内機までの冷媒循環路C1(液管)および室内機から室外機までの冷媒循環路C1(ガス管)の長さは、それぞれ20mとした。冷媒充填量は、図4での適性値である18.0kgよりも少ない14.7kgとしている。
尚、当該グラフでは、図8(後述)のように、冷却流路を設けた構成に対応する構成での計算結果も併せて示してあり、冷却有の場合、冷却器17で受熱した後の冷媒の過熱度SH:10Kであるとした。
Next, in the control of the
FIG. 5 shows a case where the cooling operation is performed at the rated load, the cooling capacity: 50 kW, the compression efficiency: 80%, the volume efficiency 90%, the degree of superheat at the inlet of the
In addition, in the graph, as shown in FIG. 8 (described later), the calculation result in the configuration corresponding to the configuration in which the cooling flow path is provided is also shown. It was assumed that the degree of superheat of the refrigerant was SH: 10K.
図5(b)に示すように、第1膨張弁前後の圧力差が増加するに従って、凝縮器12の出口の温度は低下(冷却能力の向上に伴いCOPが増加)し、図5(c)に示すように、第1膨張弁前後の圧力差が増加するに従って、凝縮器12の出口圧力、即ち圧縮機11の出口の圧力が増加(圧縮動力の増加に伴いCOPが低下)する。両者は、トレードオフの関係にあるため、図5(a)に示すように、COPは、第1膨張弁前後の圧力差が増加するに従って、所定の値で極大値が存在することが確認できた。冷却無の場合は、第1膨張弁前後の圧力差が約1100kPaでCOPは約4.0となる。冷却有の場合は、第1膨張弁前後の圧力差が約1200kPaでCOPは約4.0となる。
As shown in FIG. 5 (b), as the pressure difference before and after the first expansion valve increases, the temperature at the outlet of the
さらに冷媒充填量を少なくした13.0kgのケースを含めた計算結果を図6に示す。図6の計算条件は、冷媒充填量を除き、図4の計算条件と同一であり、冷却は無としている。冷媒充填量13.0kgの場合でも、定性的な傾向は冷媒充填量14.7kgと同じである。第1膨張弁前後の圧力差が約1300〜1400kPaでCOPは極大値の約4.0となる。 FIG. 6 shows the calculation results including the case of 13.0 kg in which the amount of refrigerant charged is further reduced. The calculation conditions in FIG. 6 are the same as the calculation conditions in FIG. 4 except for the amount of refrigerant charged, and there is no cooling. Even when the refrigerant charge is 13.0 kg, the qualitative tendency is the same as the refrigerant charge of 14.7 kg. The pressure difference before and after the first expansion valve is about 1300 to 1400 kPa, and the COP is about 4.0, which is the maximum value.
また、図7に示すように、空調負荷が異なる場合であっても、同様の効果を得られることを確認している。空調負荷を変えた場合の計算結果を図7に示す。図7の計算条件は、空調負荷を変更(冷却能力:25kW)したことを除き、図6の計算条件と同一であり、冷却は無としている。空調負荷が半分程度になった場合でも、定性的な傾向は同じである。冷媒充填量を少なくした場合にはCOPが極大となる第1膨張弁前後の圧力差が存在し、適正な冷媒充填量でのCOPと同レベルの値となる。 Further, as shown in FIG. 7, it has been confirmed that the same effect can be obtained even when the air conditioning load is different. The calculation result when the air conditioning load is changed is shown in FIG. The calculation conditions in FIG. 7 are the same as the calculation conditions in FIG. 6 except that the air conditioning load is changed (cooling capacity: 25 kW), and no cooling is performed. The qualitative tendency is the same even when the air conditioning load is halved. When the refrigerant filling amount is reduced, there is a pressure difference before and after the first expansion valve at which the COP is maximized, and the value becomes the same level as the COP with an appropriate refrigerant filling amount.
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態の計算結果は、冷房運転の場合を例として説明したが、暖房運転であっても、圧縮動力を極小化してCOPを極大化する第1膨張弁前後の圧力差dPが存在する。
この場合、圧力差の制御に使用される第1膨張弁は、冷房用膨張弁Vcで実施可能ではあるが、ビルマルタイプの場合は複数の室内機があり、それぞれに冷房用膨張弁がついているため、圧力差の制御が複雑になる恐れがある。そのため、例えば、暖房用膨張弁Vhと冷房用膨張弁Vcとの間の冷媒循環路C1で、圧縮機11が設けられていない側の循環路に、別途の第1膨張弁としての膨張弁を設けることが望ましい。
[Another Embodiment]
(1) The calculation result of the above embodiment has been described by taking the case of cooling operation as an example, but even in heating operation, the pressure difference dP before and after the first expansion valve that minimizes the compression power and maximizes COP is Exists.
In this case, the first expansion valve used to control the pressure difference can be implemented by the cooling expansion valve Vc, but in the case of the Birmal type, there are a plurality of indoor units, each of which has a cooling expansion valve. Therefore, the control of the pressure difference may be complicated. Therefore, for example, in the refrigerant circulation path C1 between the heating expansion valve Vh and the cooling expansion valve Vc, an expansion valve as a separate first expansion valve is provided in the circulation path on the side where the
(2)上記実施形態では、エンジン駆動式ヒートポンプ装置を例として説明したが、電気駆動式ヒートポンプ装置であっても、本発明の目的は、良好に達成される。 (2) In the above embodiment, the engine-driven heat pump device has been described as an example, but the object of the present invention can be satisfactorily achieved even with the electric-driven heat pump device.
(3)上記実施形態では、1台の圧縮機11を備える構成例を示したが、複数台の圧縮機を備える構成を採用しても構わない。
当該構成においては、上記実施形態に係る「圧縮機の回転数」として、複数台の圧縮機の夫々の回転数を含む運転パターンが、採用されることになる。
(3) In the above embodiment, a configuration example including one
In this configuration, as the "compressor rotation speed" according to the above embodiment, an operation pattern including the rotation speeds of each of the plurality of compressors is adopted.
(4)ビル等の空調設備の如く、冷媒循環路C1の配管長が長くなる場合、冷媒循環路C1の配管長が、第1膨張弁前後の圧力差の値に影響を与えるパラメータとなると考えられる。
このため、上記特徴構成の如く、冷媒循環路(液管やガス管)の配管長さをも、第1膨張弁前後の圧力差に影響する値として、マップデータとして記憶しておいても構わない。
(4) When the piping length of the refrigerant circulation path C1 becomes long as in air-conditioning equipment such as buildings, it is considered that the piping length of the refrigerant circulation path C1 becomes a parameter that affects the value of the pressure difference before and after the first expansion valve. Be done.
Therefore, as in the above characteristic configuration, the pipe length of the refrigerant circulation path (liquid pipe or gas pipe) may be stored as map data as a value that affects the pressure difference before and after the first expansion valve. Absent.
(5)本発明に係るヒートポンプ装置100、及びその制御方法は、図8に示すように、冷媒循環路C1を一時的に貯留する冷却器17及び冷却流路C2を備える構成であっても良好にその機能を発揮する。
図8には、冷房運転時における冷却流路C2の回路構成の一例を示す。
尚、以下では、上記実施形態と異なる構成である冷却流路C2に関連する構成についてのみ説明し、説明のない構成については、上記実施形態と同一であるとする。
図8に示すように、冷却器17は、暖房用膨張弁Vh(第1膨張弁の一例)と冷房用膨張弁Vc(第2膨張弁の一例)とが直接連通される冷媒循環路C1に設けられている。
冷却流路C2の上流端は、冷却器17と冷房用膨張弁Vc(第2膨張弁の一例)との間の冷媒循環路C1に接続されると共に、下流端は、アキュムレータ15と圧縮機11との間の冷媒循環路C1(より詳細には、オイル流路Loの下流端とアキュムレータ15との間の冷媒循環路C1)に接続されている。
当該冷却流路C2は、膨張弁V4にて膨張された冷媒が通流する流路部位が、冷却器17の内部を通過する形態で配設され、これにより、冷却器17内の冷媒を冷却するものである。
当該構成を採用した場合に、第1膨張弁前後の圧力差dPを変化させた場合について説明する。第1膨張弁前後の圧力差dPを大きくした場合、冷却器17入口の冷媒温度が低下するため、冷却時の温度差が小さくなり、比エンタルピの低下度は小さくなる傾向があるものの、上述した実施形態と同様の理由により、圧縮動力を極小化してCOPを極大化する圧力差dPが存在することになる。
なお、図8は冷却回路がある一例であり、冷却のために分岐する箇所が、冷却後ではなく冷却前になっている仕様もある。
(5) As shown in FIG. 8, the
FIG. 8 shows an example of the circuit configuration of the cooling flow path C2 during the cooling operation.
In the following, only the configuration related to the cooling flow path C2, which is a configuration different from the above embodiment, will be described, and the configuration without explanation will be the same as the above embodiment.
As shown in FIG. 8, the cooler 17 is provided in the refrigerant circulation path C1 in which the heating expansion valve Vh (an example of the first expansion valve) and the cooling expansion valve Vc (an example of the second expansion valve) are directly communicated with each other. It is provided.
The upstream end of the cooling flow path C2 is connected to the refrigerant circulation path C1 between the cooler 17 and the cooling expansion valve Vc (an example of the second expansion valve), and the downstream end is the
The cooling flow path C2 is provided with a flow path portion through which the refrigerant expanded by the expansion valve V4 passes through the inside of the cooler 17, thereby cooling the refrigerant in the cooler 17. It is something to do.
A case where the pressure difference dP before and after the first expansion valve is changed when the configuration is adopted will be described. When the pressure difference dP before and after the first expansion valve is increased, the temperature of the refrigerant at the inlet of the cooler 17 decreases, so that the temperature difference during cooling tends to decrease and the degree of decrease in the specific enthalpy tends to decrease. For the same reason as in the embodiment, there is a pressure difference dP that minimizes the compression power and maximizes the COP.
Note that FIG. 8 shows an example in which there is a cooling circuit, and there is also a specification in which the portion branched for cooling is not after cooling but before cooling.
(6)圧縮動力は、圧縮機11による圧縮動力そのものや、圧縮機11をエンジンにて駆動する場合にはエンジンに供給される燃料量を意味するものとする。
(6) The compression power means the compression power itself by the
尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in the present specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.
本発明のヒートポンプ装置の制御方法、及びヒートポンプ装置は、第1膨張弁前後の圧力差の具体的な制御による、圧縮動力を極小化してCOPを極大化し得るヒートポンプ装置の制御方法、及びヒートポンプ装置として、有効に利用可能である。 The heat pump device control method of the present invention and the heat pump device are as a heat pump device control method capable of minimizing compression power and maximizing COP by concretely controlling the pressure difference before and after the first expansion valve, and as a heat pump device. , Can be used effectively.
11 :圧縮機
12 :室外熱交換器
13 :室内熱交換器
14 :エンジン
50 :制御装置
51 :記憶部
100 :ヒートポンプ装置
C1 :冷媒循環路
Vc :冷房用膨張弁
Vh :暖房用膨張弁
W :圧縮動力
dP :圧力差
dh :冷却等の空調能力(比エンタルピ差)
α :規定値
11: Compressor 12: Outdoor heat exchanger 13: Indoor heat exchanger 14: Engine 50: Control device 51: Storage unit 100: Heat pump device C1: Refrigerant circulation path Vc: Cooling expansion valve Vh: Heating expansion valve W: Compressive power dP: Pressure difference dh: Air conditioning capacity such as cooling (specific enthalpy difference)
α: Specified value
Claims (5)
前記冷媒循環路を、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間に冷媒を貯留するレシーバを介さない状態で備えるヒートポンプ装置の制御方法であって、
前記第1膨張弁の開度もしくは前記第1膨張弁の開度に起因して変化する前記凝縮器と前記第2膨張弁の間に生じる圧力差を、前記第1膨張弁の出口での冷媒が気液混相状態とする状態で、前記圧縮機での圧縮動力を極小化してCOPを極大化するように制御し、
前記ヒートポンプ装置の運転条件としてのパラメータの夫々の変化率が、安定判定時間に亘って所定の安定判定割合に収まっている安定状態にあることを判定する安定判定工程と、
前記安定判定工程において前記安定状態にあると判定した場合に、前記ヒートポンプ装置の運転条件毎に、当該運転条件と前記開度もしくは前記圧力差との関係であるマップデータから現状の運転条件に対応する前記開度もしくは前記圧力差を読み出す圧力差読出工程と、
前記開度もしくは前記圧力差を前記圧力差読出工程にて読み出された値に維持した状態で、前記圧縮機での圧縮動力を算出する圧縮動力算出工程と、
前記開度もしくは前記圧力差を、前記圧縮動力算出工程にて算出された圧縮動力が極小値となりCOPが極大値となるように制御する圧力差制御工程とを有するヒートポンプ装置の制御方法。 A compressor for compressing refrigerant, a condenser for condensing refrigerant compressed by said compressor, a first expansion valve and the second expansion valve as an expansion valve for expanding the refrigerant condensed by the condenser, the An evaporator that evaporates the refrigerant expanded by the expansion valve, and a refrigerant circulation path that circulates the refrigerant in the order described in the compressor, the condenser, the first expansion valve, the second expansion valve, and the evaporator. Equipped with
A control method for a heat pump device in which the refrigerant circulation path is provided between the first expansion valve and the second expansion valve without a receiver for storing refrigerant.
The pressure difference generated between the compressor and the second expansion valve, which changes due to the opening degree of the first expansion valve or the opening degree of the first expansion valve, is the refrigerant at the outlet of the first expansion valve. Is in a gas-liquid mixed state, and the compression power in the compressor is controlled to be minimized to maximize the COP.
A stability determination step for determining that the rate of change of each parameter as an operating condition of the heat pump device is within a predetermined stability determination ratio over the stability determination time, and a stability determination step.
When it is determined in the stability determination step that the heat pump device is in the stable state, the current operating conditions are supported from the map data which is the relationship between the operating conditions and the opening degree or the pressure difference for each operating condition of the heat pump device. The pressure difference reading step of reading the opening degree or the pressure difference to be performed, and
A compression power calculation step of calculating the compression power of the compressor while maintaining the opening degree or the pressure difference at the value read in the pressure difference reading step.
A control method for a heat pump device including a pressure difference control step of controlling the opening degree or the pressure difference so that the compression power calculated in the compression power calculation step becomes a minimum value and COP becomes a maximum value.
前記冷媒循環路を、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間に冷媒を貯留するレシーバを介さない状態で備えるヒートポンプ装置であって、 A heat pump device including the refrigerant circulation path between the first expansion valve and the second expansion valve without a receiver for storing the refrigerant.
前記第1膨張弁の開度もしくは前記第1膨張弁の開度に起因して変化する前記凝縮器と前記第2膨張弁の間に生じる圧力差を、前記第1膨張弁の出口での冷媒が気液混相状態とする状態で、前記圧縮機での圧縮動力を極小化してCOPを極大化するように制御する圧力差制御部と、 The pressure difference generated between the condenser and the second expansion valve, which changes due to the opening degree of the first expansion valve or the opening degree of the first expansion valve, is the refrigerant at the outlet of the first expansion valve. A pressure difference control unit that controls the compression power of the compressor to be minimized and the COP to be maximized in a gas-liquid mixed phase state.
前記ヒートポンプ装置の運転条件としてのパラメータの夫々の変化率が、安定判定時間に亘って所定の安定判定割合に収まっている安定状態にあることを判定する安定判定部と、 A stability determination unit that determines that the rate of change of each parameter as an operating condition of the heat pump device is in a stable state within a predetermined stability determination ratio over the stability determination time.
前記安定判定部において前記安定状態にあると判定した場合に、前記ヒートポンプ装置の運転条件毎に、当該運転条件と前記開度もしくは前記圧力差との関係であるマップデータから現状の運転条件に対応する前記開度もしくは前記圧力差を読み出す圧力差読出部と、 When the stability determination unit determines that the heat pump device is in the stable state, it corresponds to the current operating condition from the map data which is the relationship between the operating condition and the opening degree or the pressure difference for each operating condition of the heat pump device. A pressure difference reading unit that reads out the opening degree or the pressure difference
前記開度もしくは前記圧力差を前記圧力差読出部にて読み出された値に維持した状態で、前記圧縮機での圧縮動力を算出する圧縮動力算出部とを有し、 It has a compression power calculation unit that calculates the compression power of the compressor while maintaining the opening degree or the pressure difference at the value read by the pressure difference reading unit.
前記圧力差制御部は、前記開度もしくは前記圧力差を、前記圧縮動力算出部にて算出された圧縮動力が極小値となりCOPが極大値となるように制御するヒートポンプ装置。 The pressure difference control unit is a heat pump device that controls the opening degree or the pressure difference so that the compression power calculated by the compression power calculation unit becomes the minimum value and the COP becomes the maximum value.
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