JPH02176363A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば冷水ユニットに実施して好適なヒート
ポンプ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種のヒートポンプ装置としては例えば第１Ｏ
図に示すようなものがある。これを同図に基づいて説明
すると、同図において、符号ｌで示すものは熱媒体とし
ての冷媒ガスを圧縮し高圧の冷媒ガスとして出力する圧
縮機、２はこの圧縮機１からの冷媒ガスを放熱し液化す
る凝縮器、３はこの凝縮器２によって液化された冷媒を
減圧する温度式の自動膨張弁、４はこの温度式の自動膨
張弁３によって減圧されて低温・低圧となった冷媒を吸
熱してガス化する蒸発器である。また、５は感温筒５ａ
によって水循環回路６の温度を検出し、予め設定された
温度に達すると装置運転の停止を指示する温度調節器で
ある。なお、水循環回路６は、蒸発器４と接続されてお
り、例えば水等の媒体をファンコイル等の放熱器６ａと
の間を循環させる水力式が採用されている。また、温度
式の自動膨張弁３は、前記蒸発器４における冷媒の出口
温度を検出する検出素子３ａを有し、圧縮ｉｍｌにおけ
る吸入の過熱度を適正に維持するための圧力補償機能を
備えている。

このように構成されたヒートポンプ装置においては、循
環冷凍サイクルを構成する圧縮機１．凝縮器２．膨張弁
３および蒸発器４（以下、ヒートポンプ装置と称する）
の出力と、放熱器６ａ側（負荷側）の能力が同等であれ
ば、冷凍サイクルの平衡状態を維持することができる。

一方、負荷側の能力が減少すると、ビートポンプ装置の
出力が過大となり、感温筒５ａによって検出された水入
口温度が設定温度を越えてしまうので、温度調節器５が
作動してヒートポンプ装置が停止する。その後、装置の
停止によって再度負荷側の水温が上昇し、水温が温度調
節器５の再起動の設定温度になると再度運転がなされる
。

このようにして、ヒートポンプ装置の運転・停止を繰り
返すことにより一定の水温に制御する。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、この種のヒートポンプ装置においては、運転
中に熱交換された水循環回路６の入口−出口の温度差が
５ｄｅｇに設定され、かつ温度調節器５の再起動温度が
ヒートポンプ装置の頻繁な運転−停止を防止することか
ら停止温度より３ｄｅｇ高めとしている。このため、運
転・停止の際の水循環回路６の温度変化は入日−出口温
度差に３ｄｅｇを加算したものとなり、温度差は８ｄｅ
ｇとなっていた。

この結果、運転・停止による水循環回路６の温度変化が
大きくなるという問題があった。

そこで、水循環回路６の温度変化を小さくするために、
水循環回路６の容量を大きくするタンクを配管途中に設
け、水循環回路６の流量制御を行う手段があるが、装置
全体のシステムが複雑となり、コストが大幅に嵩むとい
う不都合があった。

また、他の手段としては、例えば圧縮機１をインバータ
で駆動し、その電源周波数を可変し、能力制御を行うも
のがあるが、その実現化は技術的にも困難であり、コス
トが大幅に嵩むという不都合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、水循
環回路の温度変化を小さくする能力制御を経済的に行う
ことができるヒートポンプ装置を提供するものである。

また、本発明の別の発明は、水循環回路の温度変化を小
さくする能力制御を経済的に行うことができると共に、
負荷急変時や運転開始時における水温の変動を抑制する
ことができるヒートポンプ装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るヒートポンプ装置は、冷凍サイクルの圧縮
機および温度式自動膨張弁に接続する蒸発器によって冷
却される被冷却流体の出口温度を検出し、この検出温度
と設定温度を比較演算して制御信号を出力する制御器と
、この制御器に接続されかつ蒸発器と圧縮機との間に設
けられ制御信号によって開閉する流ｆｆｉ調節部および
所定の熱媒体が流通するバイパス部を有する調節弁とを
備えたものである。

また、本発明の別の発明に係るヒートポンプ装置は、冷
凍サイクルの圧縮機および温度式自動膨張弁に接続する
蒸発器によって冷却される被冷却流体の出口温度を検出
し、この検出温度と設定温度を比較演算して制御信号を
出力する制御器と、この制御器に接続されかつ蒸発器と
圧縮機との間に設けられ制御信号によって開閉する流量
調節部および所定の熱媒体が流通するバイパス部を有す
る調節弁とを備え、温度式自動膨張弁に毛細管を並列に
接続したものである。

〔作　用〕

本発明においては、調節弁のバイパス部を流通する冷媒
量を確保し、被冷却流体の出口温度の変動を抑制するこ
とができる。

また、本発明の別の発明においては、調節弁のバイパス
部を流通する冷媒の流通量を確保し、被冷却流体の出口
温度の変動を抑制することができると共に、毛細管を流
通する冷媒量を確保して負荷急変時や運転開始時の被冷
却流体温度の変動に追従することができる。

〔実施例〕

以下、本発明および本発明の別発明の構成等を図に示す
実施例によって詳細に説明する。

第１図は本発明に係るヒートポンプ装置を示す回路図、
第２図は同じく本発明におけるヒートポンプ装置の調節
弁を示す断面図で、同図以下において第１０図と同一の
部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略す
る。同図において、符号１１で示すものは前記蒸発器４
の出口側の水温を検出する検出素子１２を有する制御器
で、前記水循環回路６の被冷却流体の出口温度を検出し
、この検出温度と設定温度を比較演算して温度差に応じ
た制御信号を出力するように構成されている。１３は調
節弁としての電気駆動制御弁で、前記圧縮機１と前記蒸
発器４との間に設けられ、かつ前記制御器１１に接続さ
れている。この電気駆動制御弁１３は、前記制御器１１
からの制御信号によって開閉する流量調節部１４および
この流量調節部１４と独立して所定の冷媒が流通するバ
イパス部１５によって構成されている。この電気駆動制
御弁１３の流量調節部１４は、前記放熱器６ａの負荷の
増減に応じて制御される。また、電気駆動制御弁１３の
バイパス部１５においては、圧縮機１の吐出温度が異常
に上昇して使用不能発生を防止する必要上、２０％のバ
イパス量が確保される。

次に、電気駆動制御弁１３の弁開度と水出口温度との関
係につき、第３図および第４図に用いて説明する。

同図において、設定水温Ｔ、が制御器１１によって測定
される水出口温度Ｔ５より高い場合は電気駆動制御弁１
３が開放し、−力設定水温Ｔ、が水出口温度Ｔ、に接近
する場合は電気駆動制御弁１３が閉塞するように制御す
る。

ここで、電気駆動制御弁１３を閉塞していくと、第４図
に示すように冷却する能力および蒸発器４内の冷媒温度
である蒸発温度が漸次下降するが、ヒートポンプ装置に
要求される能力が小さいときは、弁開度を絞り蒸発温度
を低下させ、ヒートポンプ装置を循環する冷媒の流量を
減少させて能力を小さくする。

この場合、負荷能力が減少して制御器１１からの信号に
よって電気駆動制御弁１３の流量調節部１４が弁閉とな
っても、バイパス部１５を所定の冷媒流量が流通するた
め、最低の圧力が確保される。この後、さらに負荷能力
が減少して（負荷要求能力）く（ヒートポンプ装置の最
低能力）となると、負荷側の入口および出口温度が低下
する。そして、水温が設定下限値を下回って［設定水温
Ｔ、−α”Ｃｌ　　（αニ一定値）となると、制御器１
１は圧縮機ｌの運転を停止する。停止後に再度水温が上
昇するが、第５図に示すように停止直前の最低の弁開度
で冷媒が流れることから、停止−再起動を繰り返して最
小の能力を維持し、出口水温の変動を最小限に抑制する
ことができる。

このように、（負荷要求能力）＜（ヒートポンプ装置の
最低能力）である場合でも、流通調節部１４の全閉によ
る容量制御で運転−停止を繰り返して所定の設定水温を
保持する。また、負荷能力が増大しても、ヒートポンプ
装置の能力追従性が早いことから、徐々に電気駆動制御
弁１３が応答して冷媒流量を確保する。

したがって、本発明においては、電気駆動制御弁１３の
開度を制御器１１によって制御し、圧縮機１の吸入圧力
を可変することによりヒートポンプ装置の能力を制御す
ると共に、バイパス流量による能力下限を設定すること
により圧縮機ｌの吐出温度上昇を抑制し、かつ制御器１
１によって再起動時は最低の能力下限値を維持すること
により、小さい水温変動幅を維持することができる。

なお、本実施例においては、最低の冷媒流量がバイパス
部１５によって確保されるから、吸入圧力が最低Ｏｋｒ
／ａＪＧとなる真空運転の防止・圧力低下による圧縮機
１内の冷凍機油の減少および吐出ガス温度の異常上昇を
抑制することができる。

次に、本発明の別の発明の構成等を図に示す実施例によ
って詳細に説明する。

第６図は本発明の別の発明に係るヒートポンプ装置を示
す回路図である。同図において、符号２１で示すものは
冷凍サイクルの一部を構成する毛細管で、前記自動膨張
弁３に並列に接続されており、前記検出素子３ａの応答
性と検出素子１２の応答性との差異によって生じる出口
温度の不安定さを解消し、かつ広い能力制御範囲を設定
し得るように構成されている。この毛細管２１は、前記
自動膨張弁３の能力と路間等の能力をもつように設計さ
れている。なお、冷媒循環量の増減に対しては、自動膨
張弁３が対応してヒートポンプ装置の運転が適正になさ
れる。

次に、放熱器６ａの負荷が２．変して場合の水出口温度
と吸入圧力との追従特性につき、第７図を用いて説明す
る。

同図から明らかなように、自動膨張弁３のみの場合は、
検出素子３ａの熱応答が遅れることから、電気駆動制御
弁１３との開閉が一致し難く、結果的に出口水温と吸入
圧力が変動する。一方、毛細管２１を自動膨張弁３に並
列に接続した場合には、同図に実線で示すように水温変
動に対して熱応答の遅れが発生しないから、自動膨張弁
３が閉塞しても毛細管２１が必要な冷媒循環量を確保す
ることから、水温変動に追従して出口水温と吸入圧力の
変動を抑制することができる。

また、第８図から明らかなように、毛細管２１によって
自動膨張弁３の能力制御範囲を小さい範囲に設定し得る
。

なお、第９図は能力制御時における電気駆動制御弁１３
の弁開度と渾発温度の変化を示す図である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、冷凍サイクルの圧
縮機および温度式自動膨張弁に接続する蒸発器によって
冷却される被冷却流体の出口温度を検出し、この検出温
度と設定温度を比較演算して制御信号を出力する制御器
と、この制御器に接続されかつ蒸発器と圧縮機との間に
設けられ制御信号によって開閉する流量調節部および所
定の熱媒体が流通するバイパス部を有する調節弁とを備
えたので、調節弁のバイパス部を流通する冷媒量を確保
し、被冷却流体の出口温度の変動を抑制することができ
、水循環回路の温度変化を小さくする能力制御を経済的
に行うことができる。

また、本発明の別の発明は、冷凍サイクルの圧縮機およ
び温度式自動膨張弁に接続する蒸発器によって冷却され
る被冷却流体の出口温度を検出し、この検出温度と設定
温度を比較演算して制御信号を出力する制御器と、この
制御器に接続されかつ蒸発器と圧縮機との間に設けられ
制御信号によって開閉する流量調節部および所定の熱媒
体が流通するバイパス部を有する調節弁とを備え、温度
式自動膨張弁に毛細管を並列に接続したので、調節弁の
バイパス部を流通する冷媒の流通量を確保し、被冷却流
体の出口温度の変動を抑制することができ、かつ毛細管
を流通する冷媒量を確保して負荷急変時や運転開始時の
液冷却流体温度の変動に追従することができ、水循環回
路の温度変化を小さくする能力制御を経済的に行うこと
ができると共に、負荷急変時や運転開始時における水温
の変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒートポンプ装置を示す回路図、
第２図は本発明におけるヒートポンプ装置の調節弁を示
す断面図、第３図は水出口温度と調節弁の弁開度の関係
を示す図、第４図は能力制御時における調節弁の弁開度
と蒸発温度の変化を示す図、第５図は能力制御時におけ
る入口温度と出口温度の変化を示す図、第６図は本発明
の別の発明に係るヒートポンプ装置を示す回路図、第７
図は能力）（）制御時における出口温度の変化を示す特
性図、第８図は冷凍負荷に対する調節弁と毛細管におけ
る冷媒１環量の割合を示す図、第９図は能力制御時にお
ける調節弁の弁開度と藤発〆品度の変化を示す図、第１
０図は従来のヒートポンプ装置を示す回路図である。 １・・・・圧縮機、３・・・・自動膨張弁、４・・・・
蒸発器、１１・・・・制御器、１３・・・・電気駆動制
御弁、１４・・・・流量調節部、１５・・・・バイパス
部、２１・・・・毛細管。 代　　　理　　　人　　　大　岩　増　雄第７図 む区轡５＆弁３０９漕合 ｔＩＬＬ戎〜呼張臂にや毛書田’１３ｂの４合 第６図 第１０図 ヤ蓮郊 弾 掻百原讐優

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷凍サイクルの圧縮機および温度式自動膨張弁に
   接続する蒸発器によって冷却される被冷却流体の出口温
   度を検出し、この検出温度と設定温度を比較演算して制
   御信号を出力する制御器と、この制御器に接続されかつ
   前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ制御信号によ
   って開閉する流量調節部および所定の熱媒体が流通する
   バイパス部を有する調節弁とを備えたことを特徴とする
   ヒートポンプ装置。
2. （２）請求項１において、前記温度式自動膨張弁に毛細
   管を並列に接続したことを特徴とするヒートポンプ装置
   。