JP7283172B2 - ヒートポンプサイクル装置 - Google Patents
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Description
まず、冷媒回路10を構成する装置や部材について説明する。圧縮機1は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。四方弁2は、冷媒回路10における冷媒が循環する方向を切り換えるための弁である。水冷媒熱交換器3は、冷媒配管11を流れて水冷媒熱交換器3に流入した冷媒と水配管16を流れて水冷媒熱交換器3に流入した水とを熱交換させる。膨張弁4は、図示しないステッピングモータを用いてパルス制御により弁の開度を制御するものであり、水冷媒熱交換器3に流入あるいは水冷媒熱交換器3から流出する冷媒量を調整する。熱源側熱交換器5は、流入した冷媒と図示しないファンの回転により取り込まれた外気とを熱交換させる。アキュムレータ6は、四方弁2から流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、ガス冷媒のみを圧縮機1に吸入させる。
次に、温水回路20を構成する装置や部材について説明する。水冷媒熱交換器3は、例えば二重管熱交換器であり、一方の流路に冷媒配管11が接続され、他方の流路に水配管16が接続されている。循環ポンプ30は、図示しない回転数変更可能なモータによって駆動され、循環ポンプ30が駆動することで、温水回路20を図1に示す矢印80の方向に水が循環する。室内ユニット40は、床暖房装置やラジエタなどといった室内を暖房する暖房ユニットである。流量計31は、温水回路20における単位時間あたりの水の流量を計測する。なお、室内ユニット40が、本発明の利用側ユニットである。
次に、制御手段60について説明する。制御手段60は、それぞれ図示は省略するが、ヒートポンプ式温水暖房装置100の運転制御に関わる各種プログラムや後述する目標冷媒過冷却度テーブル200および目標値補正テーブル300を記憶する記憶部と、上述した冷媒回路10や温水回路20に備えられた各種センサでの検出値を取り込むセンサ入力部と、室内ユニット40を操作するための図示しないリモコンから送信される信号を受信する受信部を有する。制御手段60は、各種センサで検出した値をセンサ入力部を介して取り込み、また、使用者のリモコン操作によって送信される室内ユニット40の運転に関わる各種要求を受信部を介して取り込む。そして、制御手段60は、取り込んだ各種センサで検出した値や運転に関わる各種要求に基づいて、圧縮機1や循環ポンプ30の駆動制御、四方弁2の切り換え制御、膨張弁4の開度調整などといった、ヒートポンプ式温水暖房装置100の各装置の制御を行う。
次に、本実施形態のヒートポンプ式温水暖房装置100が運転を行う際の、冷媒回路10における冷媒の流れや各部の動作、および、温水回路20における水の流れや各部の動作について、図1を用いて説明する。以下の説明では、ヒートポンプ式温水暖房装置100が暖房運転を行う場合について説明し、その他の運転、例えば、暖房運転中に熱源側熱交換器5で発生した霜を融かす除霜運転などについては、説明を省略する。
熱源側熱交換器5に流入した冷媒は、外気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器5から冷媒配管11に流出した冷媒は、四方弁2、アキュムレータ6を介して圧縮機1に吸入されて再び圧縮される。
次に、図1および図2を用いて、本実施形態のヒートポンプ式温水暖房装置100が、暖房運転中に行う膨張弁4の開度調整について説明する。ヒートポンプ式温水暖房装置100が暖房運転を行っているとき、制御手段60は、吐出圧力センサ51で検出した吐出圧力を取り込み、取り込んだ吐出圧力を水冷媒熱交換器3における凝縮圧力とみなし、これを用いて暖房運転時に凝縮器として機能する水冷媒熱交換器3における凝縮温度を求め、求めた凝縮温度から冷媒温度センサ55で検出した冷媒出口温度を減じて、実冷媒過冷却度を算出する。そして、制御手段60は、算出した実冷媒過冷却度が、図2(A)に示す目標冷媒過冷却度テーブル200に掲載された目標冷媒過冷却度となるように、膨張弁4の開度を調整する。
上述したように、実冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度より小さい値の場合、目標冷媒過冷却度から実冷媒過冷却度を減じた過冷却度差を小さくするために、膨張弁4の開度を小さくして実冷媒過冷却度を上昇させて目標冷媒過冷却度に近づけていく。このとき、冷媒回路10において、水冷媒熱交換器3を流れる冷媒が水に与える熱量が増加して冷媒出口温度が低くなっていく。一方で、温水回路20においては、水冷媒熱交換器3を流れる水が冷媒から受ける熱量が増加することによって往き温度は上昇する。このとき、室内ユニット40における空調負荷が急激に変化する(例えば、室内ユニット40が設置された部屋の窓が開けられる)ことがない限りは、往き温度の上昇に応じて戻り温度も上昇する。水冷媒熱交換器3では、冷媒が水を加熱するために冷媒出口温度が戻り温度より低い温度となることはないこと、および、冷媒出口温度が低くなっていく一方で戻り温度が上昇することにより、実冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度に近づいていくときは、冷媒出口温度から戻り温度を減じた温度差が小さくなっていく。このように、温度差が小さくなる、つまり、実冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度に近い値となるときは、水冷媒熱交換器3における冷媒と水との熱交換量が増加しており、これに起因してCOP値の高い暖房運転が行えている。
次に、図3を用いて、ヒートポンプサイクル装置100の暖房運転時の膨張弁の開度調整に関わる処理の流れについて説明する。図3に示すのは、制御手段60が暖房運転時に行う膨張弁の開度調整に関わる処理を示すフローチャートである。図3において、STは処理のステップを表し、これに続く数字はステップの番号を表している。なお、図3では、本発明に関わる処理にのみ言及しており、ヒートポンプサイクル装置100に関わるその他の一般的な制御については、記載と説明を省略する。
3 水冷媒熱交換器
4 膨張弁
5 熱源側熱交換器
10 冷媒回路
20 温水回路
30 循環ポンプ
40 室内ユニット
51 吐出圧力センサ
55 冷媒温度センサ
59 戻り温度センサ
100 ヒートポンプサイクル装置
200 目標冷媒過冷却度テーブル
300 目標値補正テーブル
Pd 吐出圧力
SCd 目標冷媒過冷却度
SCp 実冷媒過冷却度
SCdn 補正目標冷媒過冷却度
SCa 補正値
ΔSC 過冷却度差
ΔSCn 補正過冷却度差
Tro 冷媒出口温度
Twb 戻り温度
ΔT 温度差
Claims (2)
- 圧縮機と水冷媒熱交換器と膨張弁と熱源側熱交換器とが順次冷媒配管で接続された冷媒回路と、
前記水冷媒熱交換器と利用側ユニットと循環ポンプとが順次水配管で接続された温水回路と、
前記膨張弁の開度を調整する制御手段と、
前記水冷媒熱交換器から流出する冷媒の温度である冷媒出口温度を検出する冷媒温度センサと、
前記温水回路における水の流量を検出する流量検出手段と、
前記水冷媒熱交換器が凝縮器として機能する際に、前記水冷媒熱交換器における冷媒の凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサと、
を有し、
前記制御手段は、暖房運転を行っているとき、
前記冷媒の凝縮圧力を用いて求めた冷媒の凝縮温度から前記冷媒出口温度を減じて求めた実冷媒過冷却度が、前記凝縮圧力と前記圧縮機の回転数に基づいて定められた目標冷媒過冷却度となるように、前記膨張弁の開度を調整し、
前記水の流量が多くなるのにつれて小さくなる補正値で、前記目標冷媒過冷却度を補正する、
ことを特徴とするヒートポンプサイクル装置。 - 前記制御手段は、
前記実冷媒過冷却度が、前記補正値で補正された目標冷媒過冷却度となるように、前記膨張弁の開度を調整する、
ことを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプサイクル装置。
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JP2019063188A JP7283172B2 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | ヒートポンプサイクル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2019063188A JP7283172B2 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | ヒートポンプサイクル装置 |
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JP2020165541A JP2020165541A (ja) | 2020-10-08 |
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- 2019-03-28 JP JP2019063188A patent/JP7283172B2/ja active Active
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