| 【発明の名称】 |
エンジンヒートポンプ |
| 【発明者】 |
【氏名】福留 二朗
【氏名】南 健一
|
| 【要約】 |
【課題】室外熱交換器と過冷却器との間に絞り弁を設けることで過冷却効果が向上する一方、逆に冷媒回路を絞ることになるため、圧縮機負荷が増大するという問題がある。つまり、冷房能力は向上するが圧縮機駆動動力も大きくなるというトレードオフの関係が生じていた。
【解決手段】室外熱交換器４と過冷却器６との間に膨張弁（制御絞り弁）４５を介装し、圧縮機（コンプレッサ）２吐出圧に応じて、該膨張弁４５の開度を制御した。また、室外熱交換器出口の過冷却度ＳＣに応じて、該膨張弁４５の開度を制御した。また、膨張弁前後の圧力差で、該膨張弁の開度を制御した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、圧縮機吐出圧に応じて、該膨張弁の開度を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】 室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、室外熱交換器出口の過冷却度に応じて、該膨張弁の開度を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３】 室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、膨張弁前後の圧力差に応じて、該膨張弁の開度を制御したことを特徴とする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、室外熱交換器と過冷却器との間に介装した膨張弁の制御方法に関するもので、過冷却効果と圧縮機負荷軽減の双方を実現する最適化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒートポンプの運転効率のさらなる向上が望まれている中で、ヒートポンプを冷房運転に用いる場合、運転効率向上の手段の一つとして、過冷却サイクルがある。例えば、室外熱交換器を通過した液冷媒の一部を抽出して、その抽出冷媒で以って冷媒間同士で熱交換を行い、室内機へ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高めるものである。そして、室外熱交換器と過冷却器に配される暖房サイクル用の膨張弁を絞り弁として利用し、冷房運転時には該絞り弁により冷媒回路を絞ることで冷房サイクルの過冷却効果を増大させるよう構成していた。
【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、室外熱交換器と過冷却器との間に絞り弁を設けることで過冷却効果が向上する一方、逆に冷媒回路を絞ることになるため、圧縮機負荷が増大するという問題がある。つまり、冷房能力は向上するが圧縮機駆動動力も大きくなるというトレードオフの関係が生じるのである。
【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、室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、圧縮機吐出圧に応じて、該膨張弁の開度を制御した。
【０００５】また、室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、室外熱交換器出口の過冷却度に応じて、該膨張弁の開度を制御した。
【０００６】また、室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、膨張弁前後の圧力差に応じて、該膨張弁の開度を制御した。
【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は主膨張弁の開度と冷却効果の関係を示す図、図３は主膨張弁とコンプレッサ吐出圧力の関係を示す図、図４は制御絞り弁開度と冷却効果の関係を示す図、図５は吐出圧力と性能の関係を示す図、図６は制御絞り弁差圧と過冷却効果の関係を示す図、図７は本発明に係る制御絞り弁の第一の制御方法を示すフローチャート、図８は同じく第二の制御方法を示すフローチャート、図９は同じく第三の制御方法を示すフローチャートである。
【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。圧縮器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。
【００１０】過冷却器６の構成は、過冷却回路６１をレシーバ５から室内機７へと至るメイン回路から分岐させ（若しくは、レシーバ５のタンクから直接抽出して分岐させ）、冷媒が該過冷却回路６１の主膨張弁６２を経由した後、伝熱管６０に流入するよう構成している。そして、該伝熱管６０により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。
【００１１】ここで、図２は主膨張弁６２の開度による過冷却効果の変化を示している。つまり、主膨張弁６２の開度を図の小の方向（つまり絞る方向）に制御すれば、過冷却度（ＳＣ）、室内熱交換冷却効果が向上することを示している。また、図３は主膨張弁６２の前後差圧とコンプレッサ吐出圧力及び過冷却度（ＳＣ）の関係を示している。つまり、主膨張弁６２の前後差圧が大きくなればなるほど、コンプレッサ吐出圧力及び室外熱交換器４における過冷却度が向上することを示している。
【００１２】そして、室内用パイプ７５を通過した冷媒が室内機７の室内熱交換器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等を介してコンプレッサ２に戻り、上述したサイクルを繰り返すのである。
【００１３】上述した冷却サイクルにおいては、室外熱交換器４とレシーバ５の間に膨張弁４５を配置することにより、該膨張弁４５を絞り弁として作用させ、室外熱交換器４から冷媒が無制限にレシーバ５へ流出するのに抵抗を与えることとなり、室外熱交換器４の内部において、高圧液相冷媒を適度に滞留させることができ、室外熱交換器４の冷却効果を、該室外熱交換器４の全面にわたり十分に作用させて冷媒を十分に冷却することが可能となり、膨張弁４５の無い場合より、過冷却器６での冷媒間同士の熱交換による冷却効果を向上させることが出来るのである。なお、以下においては膨張弁４５を制御絞り弁４５と呼ぶ。
【００１４】ところが、該制御絞り弁４５を絞り弁として作用させることにより、過冷却効果が向上する一方（この効果を図４に示す）、逆に冷媒通路を絞ることになるため、コンプレッサ２の負荷が大きくなり結果的には運転効率を低下させることとなる。この関係を図５で示す。つまり、該制御絞り弁４５を基準値から絞る方向へ調節すると、前述した冷却効果の向上により、冷房能力が上昇するため、運転効率が上昇する。ところが、絞り開度をある値以上に絞った場合には、冷房能力は向上していくが、コンプレッサ２の負荷が増大するため、運転効率が下降していくのである。そこで、本発明においては、過冷却効果とコンプレッサ２の負荷軽減の双方の実現を可能とする最適化制御を行い運転効率を向上させるため、以下に示す方法により該制御絞り弁４５の開度制御を行う。
【００１５】まず、第一の制御方法について説明する。図１に示すように、コンプレッサ２と四方弁３の間には圧力センサＰ１が配置され、コンプレッサ２からの吐出圧力を検出する。そして、該圧力センサＰ１はコンプレッサ２の圧力検出値を、コントローラ１０に対して出力する。そしてコントローラ１０は前記該制御絞り弁４５に対して開度制御を行うよう構成されている。
【００１６】この制御方法について図７のフローチャートを用いて説明する。まず、コントローラ１０は、初期値として制御弁開度にＥＶ０をセットし、制御絞り弁４５の開度調整を行い、この初期設定状態で冷房サイクル運転を行う（ステップＳ１１）。次に、前記圧力センサＰ１の検出したコンプレッサ吐出圧力Ｐｄを入力する（ステップＳ１２）。そして、吐出圧目標値をＰｄ’との偏差εを演算し（ステップＳ１３）、偏差εを入力値として弁開度変更量演算関数ｆにより、弁開度変更量ΔＭｖを演算する（ステップＳ１４）。そして該弁開度変更量ΔＭｖに応じた制御絞り弁４５の開度制御を行うのである（ステップＳ１５）。そして、ステップＳ１６において、過冷却サイクルの継続判定を行い、コンプレッサ吐出圧力が目標値に達するまで本制御を繰り返すのである。
【００１７】このような制御を行うことで、制御絞り弁４５はコントローラ１０により、運転効率が上昇する範囲においては、絞る方向に制御されて、過冷却効果を向上させ冷房能力を上昇させるのである。そして、図５でも示したように、制御絞り弁４５の開度がさらに小さくなっていくと、即ちコンプレッサ吐出圧力が増大していくと運転効率が減少に向かうため、コントローラ１０は冷房能力の向上と運転効率の向上との両方を実現する最適制御を行い、制御絞り弁４５の開度調整を行うのである。
【００１８】次に、第二の制御方法について説明する。図１に示すように室外熱交換器４と制御絞り弁４５との間には、圧力センサＰ２及び温度センサ４６が配設されている。そして、圧力センサＰ２は室外熱交換器４から流出する冷媒圧力（凝縮圧力）を、温度センサ４６は室内熱交換器４から流出する冷媒温度を検出し、それぞれコントローラ１０に対して出力するのである。
【００１９】この制御方法について図８のフローチャートを用いて説明する。まず、コントローラ１０は、初期値として制御弁開度にＥＶ０をセットする（ステップＳ２１）。次に、前記圧力センサＰ２の検出した凝縮圧力Ｐｃ、及び室外熱交換器出口温度Ｔｏｕｔを入力する（ステップＳ２２）。次に、ステップ２３において過冷却度（ＳＣ）を演算する。過冷却度ＳＣは凝縮圧力Ｐｃに対する飽和温度Ｔｃと出口温度Ｔｏｕｔの差分として演算される。そして、過冷却度目標値ＳＣ’との偏差εを演算し（ステップＳ２４）、弁開度変更量ΔＭｖを演算する（ステップＳ２５）。そして該弁開度変更量ΔＭｖに応じた制御絞り弁４５の開度制御を行うのである（ステップＳ２６）。そして、ステップＳ２７において、過冷却サイクルの継続判定を行い、コンプレッサ吐出圧力が目標値に達するまで本制御を繰り返すのである。
【００２０】このような制御を行うことで、過冷却効果を向上させて冷房能力を上昇させるが、同様に図５に示したように、制御絞り弁４５の開度がある値より小さくなると（絞られると）、冷房能力は上昇し続けても、運転効率が減少するため、コントローラ１０は冷房能力と運転効率の双方の向上を実現する最適な過冷却度（ＳＣ）となるよう制御絞り弁４５を調整するのである。
【００２１】次に第三の制御方法について説明する。図１に示すように、前記圧力センサＰ２に加えて、制御絞り弁４５とレシーバ５との間には圧力センサＰ３が配設されている。そして、圧力センサＰ３は室外熱交換器４を流出した冷媒が制御絞り弁４５を通過した後の圧力を検出して、コントローラ１０に出力する。つまり、コントローラ１０は圧力センサＰ２・Ｐ３により制御絞り弁４５の前後圧力差を演算可能としているのである。
【００２２】この制御方法について図９のフローチャートを用いて説明する。まず、コントローラ１０は、初期値として制御弁開度にＥＶ０をセットする（ステップＳ３１）。次に、前記圧力センサＰ２・Ｐ３の検出した圧力から制御絞り弁差圧ｄＰＥＶを検出する。（ステップＳ３２）そして、吐出差圧目標値をｄＰＥＶ’との偏差εを演算し（ステップＳ３３）、弁開度変更量ΔＭｖを演算する（ステップＳ３４）。そして該弁開度変更量ΔＭｖに応じた制御絞り弁４５の開度制御を行うのである（ステップＳ３５）。そして、ステップＳ３６において、過冷却サイクルの継続判定を行い、制御絞り弁前後差圧が目標値に達するまで本制御を繰り返すのである。
【００２３】以上の制御方法により制御絞り弁４５の前後差圧を調整するが、図６に示すように、制御絞り弁４５の前後差圧が大きくなれば、冷房能力、運転効率（ＣＯＰ）はともに上昇する。ところが、制御絞り弁４５の前後差圧を大きくしていく為には、制御絞り弁４５の出口側圧力が小さくなれば冷房サイクルの効率が低下するため、制御絞り弁４５の入口側圧力を大きくしなければならない。そのため、同様に図２で示したように、コンプレッサ２の負荷が大きくなるため、無制限に前後圧を大きくすることはできず、冷房能力と運転効率の双方の向上を実現する最適な前後圧を差圧目標値として前述した制御を行うのである。
【００２４】また、本発明に係る制御絞り弁４５の制御方法は上述した第一から第三までの方法を併用することも可能である。例えば、室外熱交換器４の出口過冷却度と制御絞り弁４５の前後差圧の両方をコントローラ１０で検出し、双方の最適値に近い制御絞り弁４５の開度制御を行うことにより、精度の高い最適制御が可能となる。
【００２５】
【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、室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、圧縮機吐出圧に応じて、該膨張弁の開度を制御したので、圧縮機の吐出圧を増大させて運転効率を低下させることなく、過冷却効果を向上させて冷房能力の高い冷房サイクルを制御可能とした。
【００２６】また、室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、室外熱交換器出口の過冷却度に応じて、該膨張弁の開度を制御したので、圧縮機の吐出圧を増大させて運転効率を低下させることなく、過冷却効果を向上させて冷房能力の高い冷房サイクルを制御可能とした。
【００２７】また、室外熱交換器と過冷却器との間に膨張弁を介装し、膨張弁前後の圧力差で、該膨張弁の開度を制御したので、圧縮機の吐出圧を増大させて運転効率を低下させることなく、過冷却効果を向上させて冷房能力の高い冷房サイクルを制御可能とした。
|
| 【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２２日（１９９９．４．２２） |
| 【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２０００−３０４３７４（Ｐ２０００−３０４３７４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１４９３６ |
|