JPS62217068A - ヒ−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〉 本発明は電動式の膨張弁を用いたヒートポンプ装置に関
するものである。

〈従来の技術とその問題点〉 従来、ヒートポンプ式給湯装置においては膨張弁として
機械式の膨張弁が用いられ、この膨張弁を動作させるこ
とにより蒸発器の入口と出口間の温度差が一定になるよ
う圧制御していた。しかしながらこのような方式におい
ては、サイクルの時定数等の原因でハンチングを起こし
易く、システム性能の悪化を招くことがあった。また、
気象条件によっては圧縮機の出口温度が非常に上昇し、
圧縮機で定められている制限温度を越えることがあり、
このような場合には圧縮機を停止させるかまたは蒸発器
をバイパヌして液冷媒を強制的に圧縮機へ送少込み、圧
縮機出口の温度を低下させる方法が用いられ、大きな能
力の低下要因となっていた。

〈発明の概要〉 本発明は、膨張弁として電動式膨張弁を用い、蒸発器の
入口と出口間の温度差と設定温度差との偏差を制御要素
として、現在の偏差量の時間的変化量に比例した量及び
現在の偏差量の時間的変化量と一定時間前の偏差量の時
間的変化量の差を求め、それらの関係に基き、現在の偏
差量に比例した量を加えた量だけ膨張弁開成度を変化さ
せて蒸発器の入口と出口間の温度差（以下過熱度と称す
）を設定温度差（以下設定過熱度と称す。）に極力速く
接近させ、またハンチングを小さく抑制して良好な制御
性を得んとするものである。また、圧縮機の出口温度（
以下吐出温度）が制限温度を越えた結果圧縮機を停止さ
せたり特別なインジェクション回路を設けることによシ
圧縮機を冷却するといった事態が生じないように、吐出
温度がある設定温度を越えると、吐出温度と設定温度の
現在の温度差に比例しだ量と現在の温度差と一定時間前
の温度差の差に比例した量を加えた量だけ膨張弁開成度
を増加して圧縮機の冷却を行なうようにヒートポンプ装
置の膨張弁を開閉制御することによって装置の能力低下
を防止している。

〈実施例〉 上述の問題点を解決するために本発明は圧縮機。

凝縮器、膨張弁及び集熱器を順次連結してなる冷媒集熱
回路と、貯湯槽、水循環ポンプ及び水加熱器を順次連結
してなる水加熱回路とから成る循環系において、膨張弁
が温度検知手段によって開閉制御される構成を具備して
成る。即ち、凝縮器と水加熱器を熱交換関係に保持する
とともに冷媒集熱回路の膨張弁を電動式とし、温度検知
手段として例えば蒸発器入口に第１の温度センサ、蒸発
器の出口に第２の温度センサ、圧縮機出口に第３の温度
センサをそれぞれ設け、第１の温度センサと第２の温度
センサの差温すなわち過熱度によシシステムが最適条件
で運転できるように電動式膨張弁を制御し、さらに第３
の温度センサによシ吐出温度が限界温度を越えないよう
に膨張弁を制御して圧縮機を冷却する。システムの最適
運転を行なうための第１の温度センサと第２の温度セン
サによる膨張弁の制御法についてその動作原理を第２図
に従って説明する。設定過熱度ΔＴｓと実際の過熱度Δ
ＴＥの偏差をＳＨとする。また過熱度ΔＴＥの時間的変
化量を現在のものと一定時間前のものを考えてそれぞれ
ＳＬ、Ｓ２とする。ここで膨張弁開成度を増加すればΔ
ＴＥは小さく開放度を減少（閉成）すればΔＴＥは大き
くなる性質がある。

まず、現在の過熱度の時間的変化Ｓ１による制御は、 ＳＬ＜Ｋｌのとき（Ｋｌ＜０） 膨張弁開成度変更量はｖ＝ｌｓｉｘｘｔ：閉Ｓｌ＞第２
のとき（第２＞０） 膨張弁開成度変更量はＶ＝　５１　ＸＸ２：開すなわち
、Ｓｌがある負の値に１よυ小さい場合、Ｓｌにある比
例定数Ｘ！を乗じた分だけ膨張弁を閉成し、Ｓｌがある
正の値に２よシ大きい場合、Ｓｌに第２を乗じた分だけ
膨張弁を開成する。ここでＫｌ、に２．Ｘ、、第２はシ
ステムによって定まるもので実験等によシ決定される。

次に現在と一定時間前の過熱度の時間的変化量Ｓｌ、Ｓ
２の変化の傾向による制御は Ｓｌと５２が異符号なら　　Ｖ＝Ｏ ８１≧Ｓ２で　ＳＨ＞第３＞Ｏのとき Ｖ＝　ＳＨＸＸｓ　：開 Ｓ１≦Ｓ２で　ＳＨ＜第４＜Ｏのとき Ｖ＝ｌＳＨＩＸＸ４　：閉 すなわち、現在の過熱度の時間的変化量が一定時間前の
過熱度の時間的変化量より大きく、過熱度が設定値ΔＴ
Ｅよりある値に３だけ大きければ、膨張弁を５ＨＫＸ３
を乗じた分だけ開成する。また、現在の過熱度の時間的
変化量が一定時間前の過熱度の時間的変化量より小さく
過熱度が設定値ΔＴＥよシある値に４．１．り小さけれ
ば膨張弁をｌ５ＨＩにＸ４を乗じた分だけ閉成する。

次に圧縮機出口温度の上限制御機能について説明する。

圧縮機吐出温度Ｔｄとある設定温度Ｔ。

の偏差をＤＨとする。通常の圧縮機では電気的絶縁性能
の関係上、越えてはならない制限の吐出温度がある。従
って吐出温度がそれより低いある温度を越えると、吐出
温度を下げるような手段を付与する必要が生じる。この
時の設定吐出温度をＴ。

は実験によシ求める。また、ＤＨの時間的変化量を現在
のものと一定時間前のものを考え、それぞれＤＩ、Ｄ２
とする。以下動作原理を第３図に従って説明する。ＤＨ
，Ｄｉ、Ｄ２を用いてそれぞれの値によって膨張弁を制
御し、吐出温度が制限値を越えないように制御する。

ＤＨ＜　Ｏのとき　　Ｖ＝Ｏ ＤＨ≧０で　ＤｌとＤ２が異符号ならばｖ＝０゜ ＤＨ≧０で　ＤＪ≧Ｄ２〉０ならば Ｖ＝ＤＨＸＸ５：開 すなわち吐出温度Ｔｄが設定温度ＴＨを越え、現在のＤ
Ｈの時間的変化量が一定時間前のＤＨの時間的変化量よ
シ大きい場合にＤ　ＨＫ　Ｘ　ｓを乗じた量だけ膨張弁
を開成することになる。

次に本発明の１実施例であるヒートポンプ装置のシステ
ム構成の詳細について箔１図に従って説明する。太陽熱
や空気熱等を集熱するだめの黒色塗装されたフィンが装
着されたパイプから成る集熱器（蒸発器）１に輸送管を
介して圧縮機２が連結され、圧縮機２には凝縮器３が連
結され、さらに凝縮器３はヌテッピングモータで駆動さ
れる電動式の膨張弁４を介して上記集熱器１と連結され
る。このようにして形成される閉ループは冷媒循環回路
５となる。集熱器１の出入口には箔ｌの温度検出器（セ
ンサー）１０と第２の温度検出器（センサー）１１が固
定配置され、集熱器１の入口温度と出口温度が検出され
る。第１及び嬉２の温度検出器１０．１１からの検出信
号は制御回路１３で論理処理された後出力される信号が
膨張弁４の駆動回路１４に入力される。駆動回路１４は
この入力される制御指令信号に応答して膨張弁４を開閉
動作させ、集熱器１での集熱が最適条件で行なわれるよ
うに制御している。一方、冷媒循環回路５と対をなす他
方の閉ループを構成する循環系として貯湯槽６と貯湯槽
６の湯水を循環させる温水循環ポンプ７及び上記凝縮器
３と熱交関係に結合される水加熱器８が輸送管で連結さ
れ、水加熱回路９が構成されている。凝縮器３と水加熱
器８は例えば二重管の熱交換器を利用しても良い。

上記ヒートポンプ装置ておける集熱作用について説明す
る。圧縮機２で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスは凝縮
器３に流入され、熱交換関係にある水加熱器８を流れる
水と熱交換して凝縮液化し、膨張弁４に到達する。この
膨張弁４を通過する際て断熱膨張して減圧され低温低圧
の未蒸発冷媒となる。冷媒は次に蒸発器１へ流入して太
陽熱・空気熱を吸熱してガス化し再び圧縮機２に入り上
記サイクルを操シ返す。

一方、貯湯槽６内の水は温水循環ポンプ７により水加熱
器８へ送られ加熱昇温されて貯湯槽６へ流入する。圧縮
機２の出口には第３の温度検出器（センサー）１２が固
定されておシ、圧縮機２の吐出温度がその制限温度を越
えないように膨張弁４で吐出温度が調節される。膨張弁
４の制御はすべて制御回路１３によって行なわれる。制
御回路１３は前述した如く第１の温度検出器１０と第２
の温度検出器１１の差温（過熱度）に応じて最適条件の
運転状態を確立するように膨張弁４を調整し、また第３
の温度検出器１２によシ圧縮機２の吐出温度工限界温度
を越えないように膨張弁４を制御して圧縮機２を冷却す
る。

〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明は膨張弁として電動式膨張弁
を用い、蒸発器入口と出口の温度差と設定温度差との偏
差を制御要素として、現在の偏差の時間的変化量に比例
した量および現在の偏差の時間的変化量と一定時間前の
偏差の時間的変化量の関係に基づき、現在の偏差量に比
例しだ量を加えた量だけ膨張弁開度を変化させることに
より、蒸発器入口・出口間の温度差を設定温度差に迅速
に付付け、またハンチングを小さくして良好な制御性を
得ることができる。

さらに、上記膨張弁を圧縮機出口の温度で制御すること
により圧縮型出口温度の過昇温を防止することが可能と
な９、特別なインジェクション機構を設けたシ、圧縮機
を停止させたシすることが不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例であると一トポンプ装置の説
明に供する模式構成図である。 第２図は第１の温度センサと第２の温度センサによる膨
張弁の制御を説明する説明図である。 第３図は第３の温度センサによる圧縮機吐出温度の調整
を説明する説明図である。 １・・・集熱器　　２・・・圧縮機　　３・・・凝縮器
４・・・膨張弁　　５・・・冷媒集熱回路　　６・・・
貯湯槽　　７・・・温水循環ポンプ　　８・・・水加熱
器ｑ・・・・水加熱回路　　１０・・・箔１の温度検出
器１１・・・第２の温度検品器　　１２・・・第３の温
度検出器。 代理人　弁理士　　杉　山　毅　至（他１名）第１図 ＃聞 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を順次連結して
   なる冷媒循環回路と、貯湯槽、水循環ポンプ及び水加熱
   器を順次連結してなる水加熱回路とを具備し、かつ前記
   冷媒循環回路の凝縮器と水加熱回路の水加熱器を熱交換
   関係に保持して成るヒートポンプ装置において、前記膨
   張弁を電動式とし、前記蒸発器の入口と出口の冷媒温度
   をそれぞれ検知する温度センサを用いてその温度差が予
   め設定された温度差となるように前記膨張弁の開度を調
   節する制御回路を設けたことを特徴とするヒートポンプ
   装置。 ２、蒸発器の入口・出口間で検出された温度差と設定温
   度差の偏差量を制御要素とし、現在の偏差量の時間的変
   化量に比例した量および一定時間前の偏差量の時間的変
   化量と現在の偏差量の時間的変化量の関係に基づき、現
   在の偏差量に比例した量を加えた分だけ膨張弁開度を変
   化させるようにした特許請求の範囲第１項記載のヒート
   ポンプ装置。 ３、圧縮機出口に温度センサを設け、圧縮機出口温度が
   ある設定温度を越えると、圧縮機出口温度と設定温度の
   温度差を制御要素とし、現在の温度差の時間的変化量と
   一定時間前の温度差の時間的変化量の関係に基づき、現
   在の温度差に比例した量だけ膨張弁開度を増加するよう
   にした特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ装置。