| 【発明の名称】 |
エンジンヒートポンプ |
| 【発明者】 |
【氏名】南 健一
|
| 【要約】 |
【課題】従来のヒートポンプにおいては、冷媒が液冷媒を含んでいない場合でもアキュムレータを通過する回路構成であるため、アキュムレータを通過する際の圧力損失により、ヒートポンプの運転効率が低下していた。
【解決手段】四方弁３からアキュムレータ９に至る冷媒戻りライン１４とアキュムレータ９からコンプレッサ２へ至る冷媒吸入ライン１５間にバイパスライン１６を設け、定常運転時のみバイパスさせるように制御した。また、蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度Ｔが設定値を下回った場合には、バイパスライン１６を閉じるように制御し、室内機運転情報を検出し、運転台数が変更した場合には、バイパスライン１６を閉じるように制御した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機吸入口手前にアキュムレータを設けたエンジンヒートポンプにおいて、四方弁からアキュムレータに至る冷媒戻りラインとアキュムレータから圧縮機へ至る冷媒吸入ラインとの間にバイパスラインを設け、且つ定常運転時のみ冷媒戻りラインと冷媒吸入ラインとをバイパスさせるように制御したことを特徴とするエンジンヒートポンプ。
【請求項２】 蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度が設定値を下回った場合には、バイパスラインを閉じるように制御したことを特徴とする請求項１記載のエンジンヒートポンプ。
【請求項３】 室内機運転情報を検出し、運転台数が変更した場合には、バイパスラインを閉じるように制御したことを特徴とする請求項１記載のエンジンヒートポンプ。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンヒートポンプの制御方法に関するもので、特に、冷媒運転時におけるアキュムレータのバイパス回路の構成及び制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エンジンヒートポンプ回路においては、四方弁と圧縮機（コンプレッサ）の間にはアキュムレータが介装されており、冷媒運転時には、蒸発器（室内熱交換器）において気化した冷媒が配管を通過して、四方弁を経由した後、アキュムレータにおいて気液分離され、気相冷媒のみが圧縮機に戻るように構成している。このように構成することで、湿り度の大きい蒸気が圧縮機に吸入され、液ハンマを起こし、圧縮機を破損するといった問題を解消しているのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術においては、常時冷媒がアキュムレータを通過する回路構成であるため、冷房サイクルが定常運転状態にあって冷媒が完全な気相状態にある場合であっても、アキュムレータを通過させることとなる。ところが、冷媒がアキュムレータを通過する際には、圧力損失が生じる。このため、配管等による圧力損失に加えアキュムレータ通過による圧力損失が圧縮機の吸入圧力を低下させることとなり、圧縮機の昇圧のための必要動力を増大させていた。つまり、気液分離操作を行う必要がないにもかかわらず、アキュムレータを通過させることで、ヒートポンプの運転効率を低下させる原因となっていたのである。ここで、運転効率とは空調能力を圧縮機仕事で除した値を言う。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上が本発明の解決する課題であり、次に課題を解決するための手段を説明する。即ち、圧縮機吸入口手前にアキュムレータを設けたエンジンヒートポンプにおいて、四方弁からアキュムレータに至る冷媒戻りラインとアキュムレータから圧縮機へ至る冷媒吸入ラインとの間にバイパスラインを設け、且つ定常運転時のみ冷媒戻りラインと冷媒吸入ラインとをバイパスさせるように制御した。
【０００５】また、蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度が設定値を下回った場合には、バイパスラインを閉じるように制御した。
【０００６】また、室内機運転情報を検出し、運転台数が変更した場合には、バイパスラインを閉じるように制御した。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。図１は本発明に係るエンジンヒートポンプの回路図、図２はバイパス回路に三方弁を介在させた実施例図、図３は本発明に係るバイパス回路を使用した場合における冷房能力の従来技術との比較グラフ、図４は同じく運転効率の従来技術との比較グラフである。
【０００８】図１において、本発明のエンジンヒートポンプに係る冷却サイクルについて説明する。圧縮機を構成するコンプレッサ２（本実施例においてはマルチコンプレッサとしている。）により冷媒を圧縮して、高温高圧過飽和蒸気の冷媒として、四方弁３を経由して、室外熱交換器４に圧送する。該室外熱交換器４において、冷却フィンを通過する間に、冷却ファン４１の冷却風により冷却されて、高温高圧過熱状態の冷媒が、高圧液相冷媒に変換される。また、コンプレッサ２はエンジン１により駆動する構成としている。
【０００９】室外熱交換器４において、高圧液相冷媒に変換された冷媒は、レシーバ５を経由し、冷房用膨張弁７１において蒸発しやすい圧力まで減圧させた後、室内機７へと送られるが、その際、レシーバ５の内部に配置された過冷却器６により冷却されて、通常型冷却回路の場合よりも更に低温の状態とされるのである。過冷却器６は、レシーバ５から室内機７へと至るメイン回路からは分岐した回路（若しくは、レシーバ５から抽出した回路）が冷媒の流れに対向流を発生させ、この対向流によって冷媒間同士で熱交換を行い、室内機７へと流れる液冷媒の過冷却度を大きくして、冷房時の運転効率を向上させる効果を与えるものである。ここで、運転効率とは空調能力を圧縮機仕事で除した値を言う。
【００１０】そして、室内用パイプ７５を通過した冷媒が室内機７の蒸発器である室内熱交換器７０において室内空気から熱を吸収して蒸発し室内空気を冷却する。更に、クーラファン７２の送風により室内に冷房効果をもたらすのである。そして、室内熱交換器７０において気化した冷媒が戻り回路７６を通過して、四方弁３を経由した後、アキュムレータ９へと流入する。
【００１１】アキュムレータ９へ流入した冷媒は、該アキュムレータ９において気液分離され、気相冷媒のみをコンプレッサ２に戻すように構成している。このように構成することで、湿り度の大きい蒸気が圧縮機に吸入され、液ハンマを起こし、圧縮機を破損するといった問題を解消しているのである。そして、コンプレッサ２に戻った冷媒が該コンプレッサ２により圧縮されて再び圧送され、上述したサイクルを繰り返すのである。
【００１２】そして、本発明のエンジンヒートポンプに係る冷媒回路には図１に示すように、四方弁３からアキュムレータ９に至る冷媒戻りライン１４とアキュムレータ９からコンプレッサ２へ至る冷媒吸入ライン１５との間にバイパスライン１６を設けている。また、バイパスライン１６には開閉弁１６ａ（本実施例においては電磁弁）が介装されており、後述する制御方法により開閉弁１６ａの開閉制御を行い冷媒の流れをバイパス制御するものである。
【００１３】以上の構成において、定常状態、つまり冷媒戻りライン１４に流入する冷媒に液冷媒が存在しない場合には、開閉弁１６ａを開放し、アキュムレータ９をバイパスさせて冷媒吸入ライン１５に案内するのである。このような制御を行うことで、アキュムレータ９を通過する際の冷媒の圧力損失を回避することが可能となり、コンプレッサ２の駆動動力を増大させることなく、運転効率が向上するのである。また、冷媒には液冷媒が含まれていないため、コンプレッサ２を損傷させることはないのである。そして、室内機７の稼動台数の変化等により負荷変動が生じた場合には、冷媒戻りライン１４に湿り度の多い冷媒が流入されるため（つまり、定常運転状態でない状態）、該開閉弁１６ａを閉じ、冷媒をアキュムレータ９へ案内して気液分離を行い、気相冷媒のみをコンプレッサ２へと吸入するよう制御するのである。
【００１４】次に、負荷変動に応じた開閉弁１６ａの制御方法について説明する。まず、蒸発器過熱度情報をもとにした制御方法について説明する。図１に示すように、蒸発器である室内熱交換器７０の冷媒サイクル時における流入側には温度センサ７７が、流出側には温度センサ７８がそれぞれ配設されている。そして、該温度センサ７７・７８により検出される冷媒温度をそれぞれＴ７７・Ｔ７８として、過熱度ＴをＴ＝Ｔ７８−Ｔ７７とすれば、過熱度Ｔは、流出側と流入側の冷媒の温度差を示すこととなる。そして、この過熱度Ｔがある設定された値よりも大きい場合には、室内熱交換器出口は気相冷媒であることを示している。
【００１５】そして、例えば室内機７の稼動台数が急激に減少した場合等、冷媒サイクルに負荷変動が生じた場合には、室内熱交換器７０の流出側には湿り度の多い蒸気が流出し、前記過熱度Ｔが設定された値よりも小さくなる。この場合には、前記開閉弁１６ａを開放していると、液冷媒がコンプレッサ２に流入し前述した問題が発生する。そこで、本発明においては過熱度Ｔが設定値を下回った場合には開閉弁１６ａを閉じてバイパスライン１６を閉鎖し、冷媒がアキュムレータ９を経由した後、コンプレッサ２に流入するように制御するのである。
【００１６】そして、室内熱交換器７０の流入側及び流出側の冷媒温度のセンシングを続け、過熱度Ｔが設定値以上となった場合（定常運転状態に復帰した場合）には、再び、開閉弁１６ａを開放し、冷媒戻りライン１４に流入する冷媒を直接冷媒吸入ライン１５へと導くのである。このような制御を行うことで、アキュムレータ９による気液分離作用によるコンプレッサ２の保護と、バイパスライン１６とによって圧力損失を回避することにより、コンプレッサ２の吸入圧力が高くなり、該コンプレッサ２の仕事量が減少して負荷の軽減を図ることが可能となるのである。
【００１７】次に、室内機運転情報をもとにした開閉弁１６ａの制御方法について説明する。上記開閉弁１６ａの制御は、室内機７のＯＮ／ＯＦＦ操作に連動させることも可能であり、この場合、あらかじめ室内機７の稼動台数及び稼動台数の変化による負荷変動を予測しておく。そして、複数の室内機７・７・・・に対するＯＮ／ＯＦＦ操作（運転開始、停止の操作）をモニタリングして、室内機運転情報を取得し、その稼動台数の変化によって前記開閉弁１６ａの開閉制御を行うのである。
【００１８】つまり、室内機７・７・・・からのＯＮ／ＯＦＦ操作信号を、例えば、室外熱交換器４等が収納される室外機に設けたコントローラへ入力し、該コントローラによって室内機７の稼動台数を判定し、稼動台数の変化がなく、定常運転状態と判断した場合には、前記開閉弁１６ａを開放し、アキュムレータ９をバイパスするのである。そして、稼動台数が急激に変化し、冷媒戻りライン１４に液冷媒が流入すると予測される場合には、開放弁１６ａを閉じ冷媒をアキュムレータ９で気液分離した後、コンプレッサ２に送るのである。そして、室内機７の稼動台数を監視して冷媒サイクルが定常状態に回復した場合には、再び開放弁１６ａを開放して、アキュムレータ９をバイパスするよう制御するのである。この方法によれば、前述した過熱度情報をもとにした制御に比べて精度は劣るものの、冷媒温度の検出が不要であり、容易に開閉弁１６ａの制御を行うことが出来る。
【００１９】また、図２に示すように、冷媒戻りライン１４に三方弁１６ｂを介装し、該三方弁１６ｂからバイパスライン１６を分岐させる回路構成とすることも可能である。この構成においても、上述した蒸発器過熱度情報又は室内機運転情報を利用した制御方法により、冷媒戻りライン１４に流入する冷媒が液冷媒を含まない場合には、三方弁１６ｂをバイパスライン１６側に切換えてアキュムレータ９をバイパスするよう制御し、冷媒戻りライン１４に流入する冷媒に液冷媒が含まれている場合には、冷媒をアキュムレータ９を通過させるように制御することにより同様の効果を奏するものである。また、図３及び図４には本発明に係るアキュムレータ９のバイパス回路を使用した場合の冷房能力及び運転効率を従来（バイパスライン１６を設けていない）のヒートポンプと比較したグラフを示しており、本発明のバイパス回路を使用した場合には、冷房能力比及びサイクル運転効率比を共に向上させることができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明のエンジンヒートポンプは以上の如く構成したので、以下のような効果を奏するものである。即ち、圧縮機吸入口手前に設けられるアキュムレータにおいて、四方弁からアキュムレータに至る冷媒戻りラインとアキュムレータから圧縮機へ至る冷媒吸入ライン間にバイパスラインを設け、且つ定常運転時のみ冷媒戻りラインと冷媒吸入ラインとをバイパスさせるように制御したので、冷媒戻りラインに流入する冷媒が液冷媒を含まない場合にのみ、アキュムレータをバイパスさせることが可能となり、コンプレッサの保護を可能とするとともに、アキュムレータによる圧力損失を回避してコンプレッサの負荷軽減を図ることが可能となった。また、バイパス回路を使用することにより、冷房能力比及びサイクル運転効率比を共に向上させることができる。
【００２１】また、蒸発器過熱度情報を検出し、過熱度が設定値を下回った場合には、バイパスラインを閉じるように制御したので、蒸発器から四方弁を介して冷媒戻りラインへと流入する冷媒の状態を正確に判断することが可能となり、液冷媒の含まれていない冷媒をバイパスラインを介してコンプレッサに吸入させる制御が可能となった。
【００２２】また、室内機運転情報を検出し、運転台数が変更した場合には、バイパスラインを閉じるように制御したので、冷媒の状態を低コスト且つ簡易な構成で把握することが可能となり、液冷媒の含まない冷媒をバイパスラインを介してコンプレッサに吸入させる制御を可能とした。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７８１
【氏名又は名称】ヤンマーディーゼル株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年４月２０日（１９９９．４．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０６２１
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 寿一郎
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４３７３（Ｐ２０００−３０４３７３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１２１９１ |
|