(57)【要約】【課題】  膨張機一体型圧縮機で発電することにより、起動停止時のエネルギーロスを低減する。【解決手段】  圧縮機構５０１出口と入口間を連通させる連通路と該連通路の連通を制御する制御弁５１０を設け、膨張圧縮機５０９の停止時には制御弁５１０を開とするとともに、冷媒の高低圧差を利用して電動機５０８により発電を行い蓄電手段５１４に蓄電し、起動時には膨張圧縮機５０９の駆動動力として使用することにより、エネルギーロスの少ない高効率なヒートポンプ運転を実現する。【選択図】  図５
2008292047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機構、前記圧縮機構に動力を与える電動機、前記冷媒を膨張させる膨張機構、および前記圧縮機構と前記膨張機構とを連結するシャフトを有する膨張機一体型圧縮機と、
前記冷媒を冷却する放熱器と、
前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機構と前記放熱器との間を連通制御する逆止弁と、
前記圧縮機構出口と前記圧縮機構入口間を連通制御する制御弁と、
前記電動機の回転数を制御する回転数制御手段とを有し、
前記圧縮機構の停止前には、前記制御弁を開とし、前記回転数制御手段により電力回生運転を行うことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記回転数制御手段の入力側の直流電力部に並列に接続された蓄電手段を備え、前記電動機の回生運転により回収された電力を蓄電することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置
【請求項３】
前記蓄電手段は、直列に接続された蓄電部と第一のスイッチング素子と、直流電力部と第一のスイッチング素子の間に設けられた第二のスイッチング素子から構成され、前記直流電力部の電圧が所定の値を超えた場合には蓄電部に蓄電され、前記直流電力部の電圧が別の所定の値以下となった場合には蓄電部から放電されるべくスイッチング素子が制御されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置
【請求項４】
前記回転数制御手段による回生電力が所定の値以下となったタイミングで、前記電動機の回転を停止することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置
【請求項５】
前記圧縮機の起動時には、制御弁を閉とし、前記回転数制御手段により力行運転を行うことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置
【請求項６】
前記圧縮機の起動時には、前記蓄電手段の電力を使用して運転されることを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ装置
【請求項７】
前記冷媒は二酸化炭素である、請求項１〜６のいずれか一つに記載のヒートポンプ装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置に関し、特に、圧縮機と膨張機が軸接続された膨張機一体型圧縮機を有するヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なヒートポンプ装置を、図１に示す。図１のヒートポンプ装置は、圧縮機１０１、放熱器１０２、膨張弁１０３、及び蒸発器１０４から構成される。これらの要素は配管により連結され、冷媒が図示の白抜き矢印のように循環する。
【０００３】
上記ヒートポンプ装置の運転原理は次のとおりである。冷媒蒸気の圧力及び温度は圧縮機１０１によって増大され、次いで、その冷媒蒸気が放熱器１０２に入り、そこで冷却される。この後、高圧冷媒は膨張弁１０３により蒸発圧力に絞られ、蒸発器１０４において気化し、その周辺から熱を吸収する。そして、蒸発器１０４の出口を通って冷媒蒸気は圧縮機１０１に戻る。この冷媒には、オゾン層を破壊せず地球温暖化係数の極めて小さい二酸化炭素が用いられる。
【０００４】
しかし、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置は、一般に使用されてきたフロンを冷媒とする冷凍装置に比べ、エネルギー効率である成績係数（ＣＯＰ）が低い。さらに、同等の冷凍能力を考えた場合、フロンを冷媒とする冷凍装置より多くの電力が必要になる。よって多くの化石燃料がエネルギーとして必要になるため、冷媒自体の地球温暖化係数が小さくても、結果的に多くの二酸化炭素が排出される。したがって、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置のＣＯＰを向上させることが必要であり、既にさまざまな構成や方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されている、冷凍サイクルの高圧を冷媒の臨界圧力以上に設定した冷凍装置では、冷媒の膨張機構として膨張機を備え、この膨張機と圧縮機を軸によって連結し、膨張機で得られた動力を圧縮機の駆動に利用して、ＣＯＰの向上を図っている。
【０００６】
また、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となる冷凍装置では、特許文献１に開示されているように、最も高いＣＯＰの得られる冷凍サイクルの高圧の値が運転状態に応じて定まる。そこで、ＣＯＰが最高となるように冷凍サイクルの高圧を設定するために、冷媒回路に設けられた膨張弁の開度や、膨張機をバイパスする冷媒量を変更する調節弁の開度を調節している。その際、このヒートポンプ装置では、放熱器の出口において、冷媒の圧力を圧力センサで、冷媒の温度を温度センサでそれぞれ検出し、得られた検出値に基づいて膨張弁や調節弁の開度調節を行っている。
【０００７】
一方、図２に示す従来の膨張機を用いたヒートポンプ装置では、原動機２０５によって駆動される圧縮機２０１により、圧縮された冷媒が放熱器２０２で冷却され、その後、膨張比制御手段２０３が取り付けられた膨張機２０４を通過する際に膨張し、主軸２１３を介して圧縮機２０１を駆動する。膨張機２０４内で膨張した冷媒は、蒸発器２０６内で外部より吸熱して気化した後、再び圧縮機２０１へ戻る。この閉回路は配管２０７により連結され、性能、信頼性向上のため、オイルセパレータ２０８、アキュームレータ２０９を設ける場合もある。また、放熱器２０２の出口側の冷媒状態を検出するために温度センサ２１１と圧力センサ２１２が取り付けられている。そして温度センサ２１１と圧力センサ２１２からの信号は、演算手段２１０へ入力され、演算手段２１０は膨張比制御手段２０３を制御する。膨張機２０４は、主軸２１３で圧縮機２０１と原動機２０５とに連結され
ている。
【０００８】
このような構成のヒートポンプ装置では、膨張機２０４を使用することにより、冷媒の膨張力で圧縮機２０１を補助駆動するため、総合的に使用されるエネルギー量は低減され、それによりＣＯＰを向上させている。
【０００９】
即ち、図３に示す、冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍サイクルにおける冷媒の状態を表す圧力―エンタルピー状態図、いわゆるモリエル線図のように、従来の膨張弁を膨張手段として用いていた場合には、等エンタルピー膨張するが、膨張機により等エントロピー膨張させて（図中の点線表示）、膨張機で回収された動力を利用することで、総合効率を向上させることができる。
【００１０】
また、図４に示す従来の膨張機を用いた別の冷凍空調装置では、原動機４０５によって駆動される圧縮機４０１により、圧縮された冷媒が放熱器４０２で冷却され、その後、発電機４０４が取り付けられた膨張機４０３を通過する際に、膨張機４０３内で膨張して発電機４０４で電力を発生させ、蒸発器４０６内で外部より吸熱して気化した後、再び圧縮機４０１へ戻る。この閉回路は配管により連結され、性能、信頼性向上のため、オイルセパレータ４０７、アキュームレータ４０８を設ける場合もある。そして、圧力センサ４１０と温度センサ４１１とは、放熱器４０２の出口側の冷媒状態を検出し、圧力センサ４１０と温度センサ４１１からの情報を元に、演算手段４０９において最適圧力値を演算する。そして演算手段４０９からの信号に基づいて、回転数制御手段４１２は、発電機４０４の回転数を制御する。
【００１１】
このような構成の膨張機４０３を使用することにより、冷媒の膨張による力で発電機４０４を回転させることにより電力を発生し、その電力を有効利用することにより総合的に使用されるエネルギー量は低減され、それによりＣＯＰを向上させている。
【特許文献１】特開２０００−２３４８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、このようなヒートポンプ装置のシステムとしての運転方法の中で、その停止モードにおいては、内蔵された電動機の回転数を減速していき最終的に停止させている。その際、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力に圧力差が残るが、この高低圧差により次回の起動の際、起動トルクが増大し起動が困難になるため、停止時には強制的に高圧側と低圧側を連通するバイパス弁を開とするなどの操作により差圧を解消していた。そのため、残っていた冷媒の差圧のエネルギーは無駄となっていた。
【００１３】
またヒートポンプ装置の次の運転開始時には、差圧なしの状態から起動していた。そのため、高圧側、低圧側の冷媒圧力を、ヒートポンプ装置としての機能を果たすために必要な圧力差にまで増加させるために大きなエネルギーが必要となっていた。そのことにより、起動時のエネルギー消費量が増加していた。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、圧縮機と膨張機が軸で連結された膨張機一体型圧縮機を有するヒートポンプ装置において、その停止、起動時に発生するエネルギー損失を低減し、ヒートポンプ装置の運転効率を増加させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るヒートポンプ装置は、
冷媒を圧縮する圧縮機構、圧縮機構に動力を与える電動機、冷媒を膨張させる膨張機構
、および圧縮機構と膨張機構とを連結するシャフトを有する膨張機一体型圧縮機と、冷媒を冷却する放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、圧縮機構と放熱器との間を連通制御する逆止弁と、圧縮機出口と圧縮機入口間を連通制御する制御弁と、電動機の回転数を制御する回転数制御手段とを有し、圧縮機の停止前には、制御弁を開とし、回転数制御手段により電力回生運転を行う機能を有したものである。
【００１６】
このことにより、ヒートポンプ装置は、運転停止時の冷媒差圧エネルギーを電気エネルギーとして回収させることにより、高いエネルギー効率での運転が可能となる。
【００１７】
本発明に係るヒートポンプ装置は、
回転数制御手段の入力側の直流電力部に並列に接続された蓄電手段を備え、電動機の回生運転により回収された電力を蓄電する機能を有したものである。
【００１８】
このことにより、ヒートポンプ装置は、回収された運転停止時の冷媒差圧エネルギーを電気エネルギーとして蓄電させることにより、エネルギー損失の少ない運転が可能となる。
【００１９】
本発明に係るヒートポンプ装置に備えられた蓄電手段は、直列に接続された蓄電部と第一のスイッチング素子と、直流電力部と第一のスイッチング素子の間に設けられた第二のスイッチング素子から構成され、直流電力部の電圧が所定の値を超えた場合には蓄電部に蓄電され、前記直流電力部の電圧が別の所定の値以下となった場合には蓄電部から放電されるべくスイッチング素子が制御されるものである。
【００２０】
このことにより、ヒートポンプ装置は、回収された運転停止時の冷媒差圧エネルギーを電気エネルギーとして有効利用し、エネルギー損失の少ない運転が可能となる。
【００２１】
本発明に係るヒートポンプ装置は、
回転数制御手段による回生電力が、所定の値以下となったタイミングで、電動機の回転を停止する機能を有したものである。
【００２２】
このことにより、ヒートポンプ装置は、冷媒差圧エネルギーを最大限に電気エネルギーとして有効利用する運転が可能となる。
【００２３】
本発明に係るヒートポンプ装置は、
圧縮機の起動時には、制御弁を閉とし、回転数制御手段により力行運転を行うものである。
【００２４】
このことにより、ヒートポンプ装置は、冷媒差圧エネルギーを利用すると共にヒートポンプとしての機能を実現することが可能となる。
【００２５】
本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機の起動時には、蓄電手段の電力を使用して運転されるものである。
【００２６】
このことにより、ヒートポンプ装置は、回収された運転停止時の冷媒差圧エネルギーを利用して運転起動することにより、エネルギー損失の少ない運転が可能となる。
【００２７】
前記冷媒は二酸化炭素であってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明によれば、
運転停止時の冷媒差圧エネルギーを電気エネルギーとして回収し、回収されたエネルギーを起動時に利用することにより、エネルギー効率での高いヒートポンプ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図５は、本発明によるヒートポンプ装置の一実施例のブロック構成図である。
本ヒートポンプ装置は、膨張圧縮機制御手段５１２により制御される電動機５０８を備えて冷媒を圧縮する圧縮機５０１と、冷媒を冷却する放熱器５０２と、冷媒を膨張させる膨張機５０３と、冷媒を蒸発させる蒸発器５０４と、以上の各要素間に冷媒を循環させる配管とを備えて、冷凍サイクルを形成する。放熱器５０２と膨張機５０３と蒸発器５０４の間には、膨張機５０３の上流側に調整弁A５０５が、また膨張機503と並列流路を形成するバイパス配管上に調整弁B５０６が備えられ、冷媒の膨張を制御する構成となっている。膨張機５０３と圧縮機５０１とは、同一軸で連結され、膨張機５０３で得られた膨張力を用いて圧縮機５０１の駆動をサポートする構成となっている。さらに同一軸上には、圧縮機５０１を駆動するための電動機５０８が備えられており、膨張機５０３、圧縮機５０１、および電動機５０８は、同一シェル内に構成され膨張圧縮機５０９として設置されている。また、圧縮機５０１の出口側と入口側を短絡する管路が設けられ、さらに管路上には冷媒の流れを連通、遮断するための制御弁５１０、圧縮機５０１側から放熱器５０２側への流れのみ許容する逆止弁５１１が設けられている。
【００３１】
また、冷凍サイクルの高圧圧力を検出する圧力検出手段５２２を備え、冷凍サイクルの効率を最大にする最適圧力に検出された高圧圧力がなるように、調整弁A５０５、および調整弁B５０６の開度を調整する機能を有した圧力制御手段５２３を備える。
【００３２】
さらに、交流電源５１９から整流回路５１８で変換した直流電力を、スイッチング素子５１３を有する膨張圧縮機制御手段５１２を介して電動機５０８に供給する電気回路を形成する構成となっている。膨張圧縮機制御手段５１２は、電動機５０８の回転数を所定の値に制御するために、所定の回転数に対応した交流を出力する機能を有する。
【００３３】
また、整流回路５１８と膨張圧縮機制御手段５１２との間には、制御SW−A５１５と制御SW−B５１６と蓄電部５１７とから構成された蓄電手段５１４が備えられ、直流部の電力を蓄電可能な構成となっている。また、直流部の電圧を検出するための電圧検出手段５２４を備え、直流部の電圧に従って、蓄電部５１７の制御を実施する。
【００３４】
蓄電手段としては、電気二重層キャパシタ、もしくはLiイオン電池、Ni水素電池などの二次電池など、充放電可能なものであればどのようなものであってもよいが、発電、給電の時間がそれぞれ１〜２分程度と比較的短いため、充放電速度の速いキャパシタの方が好ましい。
【００３５】
さらに、膨張圧縮機５０９から電動機５０８へ流れる電流を検出するための電流センサ５２０、ヒートポンプ装置全体の起動、停止を制御するための起動停止制御手段５２１が備えられ、膨張圧縮機制御手段５１２、蓄電手段５１４、および制御弁５１０を制御し、エネルギー効率の高い運転を実現する。
【００３６】
次に、上記構成の動作について説明する。
【００３７】
上記ヒートポンプ装置の運転原理は次のとおりである。冷媒蒸気の圧力及び温度は圧縮機５０１によって増大され、次いで、その冷媒蒸気が放熱器５０２に入り、そこで冷却さ
れる。この後、高圧冷媒は膨張機５０３により蒸発圧力に絞られ、蒸発器５０４において気化し、その周辺から熱を吸収する。そして、蒸発器５０４の出口を通って冷媒蒸気は圧縮機５０１に戻る。
【００３８】
圧力制御手段５２３は、冷凍サイクルの高圧圧力を検出する圧力検出手段５２２の検出値に従い、冷凍サイクルの効率を最大にする最適圧力に高圧圧力がなるように、調整弁A５０５、および調整弁B５０６の開度を調整する。つまり、高圧圧力が最適圧力よりも低い場合には、調整弁A５０５、および調整弁B５０６の開度を小さくする。逆に高圧圧力が最適圧力よりも高い場合には、調整弁A５０５、および調整弁B５０６の開度を大きくする。これにより通常運転時のヒートポンプ装置のシステム効率は最大に制御される。
【００３９】
次に、起動停止手段５２１によるヒートポンプ装置の起動停止動作について説明する。停止時には、圧縮機５０１の駆動負荷をなくし、冷媒の残差圧エネルギーを膨張機５０３による膨張力として電動機５０８を発電機として使用することにより電力として回収し、蓄電手段５１４に電力として蓄える。逆に、起動時には、蓄電手段５１４に蓄えられた電力を用いて電動機５０８を駆動し、消費エネルギーを低減するものである。
【００４０】
圧縮機５０１の駆動負荷をなくすためには、圧縮機５０１の入出力端を短絡することにより両端の差圧をなくす。圧縮機にかかる仕事量は、以下の（式１）の関係式により与えられる。
【００４１】
W＝ｋ／（ｋ−１）×Ｐｓ×Ｖｅｘｐ×｛（Ｐｄ／Ｐｓ）（ｋ−１）／ｋ−１｝
・・・  （式１）
但し、ここで低圧圧力Ｐｓ、吸入容積値Ｖｅｘｐ，断熱係数ｋと、高圧圧力Ｐｄである。両端を短絡することにより、Ｐｓ＝Ｐｄとなり、Ｗ＝０とすることができる。但し、この式に表れない摩擦力などは負荷として残るが、非常に少ない。
【００４２】
そのために、膨張圧縮機５０９の停止時には、圧縮機５０１の入出力端を連通するための制御弁５１０を開とする。また、その際、放熱器５０２の高い圧力の冷媒が逆流しないように逆止弁５１１を圧縮機５０１側と放熱器５０２側の間に設置している。これにより、放熱器５０２側を高圧に保ちながら、圧縮機出口を低圧にすることが可能となる。
【００４３】
次に、膨張圧縮機制御手段５１２の動作について説明する。膨張圧縮機制御手段５１２は、圧縮機５０１に接続された電動機５０８を駆動するための回路から構成されている。交流電源５１９より与えられる交流電力を整流回路５１８により直流化した後、内蔵するスイッチング素子５１３によりパルス幅変調（ＰＷＭ）により３相交流として電動機５０８が駆動される。スイッチング素子５１３としては、例えば、ＩＧＢＴのような素子が用いられる。
【００４４】
この膨張圧縮機制御手段５１２は、電動機５０８を力行運転、つまり電動機５０８により回転トルクを発生させて電動機負荷である、圧縮機５０１および膨張機５０３を回転させることが出来ると共に、電動機５０８を回生運転、つまり電動機５０８を発電機として用い、膨張機により得られたトルクを電力として回収する運転も行うことが出来る。つまり、電動機５０８に流れる電流を電動機方向に流すことにより力行運転、逆に電動機から膨張圧縮機制御手段５１２方向に流すことにより回生運転を実現することが出来るものである。
【００４５】
整流回路５１８と膨張圧縮機制御手段５１２との間には、蓄電手段５１４が設けられる。蓄電手段５１４には、電力を蓄電するための蓄電部５１７と、蓄電部５１７を直流電源部に接続、切断するための制御SW−B５１６と、整流回路５１８と膨張圧縮機制御手段５
１２を接続、切断するための制御SW−A５１５を備える。制御SW−B５１６をＯＮとすることにより、直流電源部と蓄電部５１７は接続され、蓄電部５１７の蓄電量が少ない場合には、直流電源の電力が蓄電部５１７に充電され、逆に蓄電部５１７の蓄電量が多い場合には、蓄電部５１７に充電されていた電力が直流電源に供給される。その充電、放電の際には、制御SW−A５１５をＯＦＦとすることにより、交流電源５１９の電力を利用せずに、蓄電部５１７の電力のみで膨張圧縮機制御手段５１２を動作させることが可能となる。特に、膨張圧縮機制御手段５１２により電動機５０８を回生運転し、発電電力が得られたときには、その電力は直流部に供給されるので、制御SW−B５１６をＯＮとすることにより、蓄電部５１７に発電電力を蓄えることができるものである。
【００４６】
図６に、本発明によるヒートポンプ装置の起動停止手段による起動時の制御手順の一例を示す。まず、ステップＳ１０２において、電圧検出手段５２４により検出された直流部の電圧値が、所定の下限電圧より大か小かを判断する。下限電圧より大の場合、ステップＳ１０３において、蓄電手段５１４における制御SW−A５１５がＯＦＦ、制御SW−B５１６がＯＮに制御される。これにより、ステップＳ１０４において、蓄電部５１７が膨張圧縮機制御手段５１２に接続され、蓄電電力を使用して電動機５０８が駆動される。一方、直流部の電圧値が、所定の下限電圧を下回った場合、ステップＳ１０５において、蓄電手段５１４における制御SW−A５１５がＯＮ、制御SW−B５１６がＯＦＦに制御される。これにより、ステップＳ１０６において、整流回路５１８の出力である直流電力が膨張圧縮機制御手段５１２に接続され、蓄電部５１７が切り離されるため、交流電源５１９を使用して電動機５０８が駆動される。以上のような動作により、ヒートポンプ装置の起動時には、蓄電部５１７に蓄えられた電力により電動機５０８の駆動が膨張圧縮機制御手段５１２に実行される。
【００４７】
図７に、本発明によるヒートポンプ装置の起動停止手段による停止時の制御手順の一例を示す。まず、ステップＳ２０１において電動機５０８の減速が開始されると、ステップＳ２０２において、制御弁５１０が開とされると共に、電動機５０８が回生運転される。つまり、制御弁５１０が開とされることにより、圧縮機５０１の入出力端が連通されるため、圧縮機負荷がなくなる。一方、圧縮機５０１と軸で連結された膨張機５０３には、冷媒の高低圧差によるトルクが継続して働いているため、電動機５０８は、膨張機５０３による負のトルクを受けることとなる。その際、膨張圧縮機制御手段５１２により回生運転が実行されるため、電動機５０８は、発電機として動作し、電力を発電する。次に、ステップＳ２０３において、電圧検出手段５２４により検出された直流部の電圧値が、所定の充電電圧より大か小かを判断する。充電電圧より大の場合、ステップＳ２０４において、蓄電手段５１４における制御SW−A５１５がＯＦＦ、制御SW−B５１６がＯＮに制御される。これにより、ステップＳ２０５において、電動機５０８が発電機として動作し発電された電力が、蓄電部５１７に蓄電される。
【００４８】
一方、ステップＳ２０３において、電圧検出手段５２４により検出された直流部の電圧値が、所定の充電電圧より小と判定された場合、ステップＳ２０６において、蓄電手段５１４における制御SW−A５１５がＯＮ、制御SW−B５１６がＯＦＦに制御される。これにより、電動機５０８が発電機として動作し発電された電力が、蓄電部５１７に蓄電される。その後、ステップＳ２０４に戻り、電圧が上昇するのを待つこととなる。
【００４９】
また、ステップＳ２０５において、電動機５０８が発電機として動作し発電された電力が、蓄電部５１７に蓄電される状態で運転が実行された後、ステップＳ２０７において、電流センサ５２０により検出された電動機５０８に流れる電流値が所定の下限電流値を下回った場合、ステップＳ２０８において電動機５０８を停止する。つまり、電動機５０８に流れる電流値は、電動機５０８が発電機として動作し発電される電力に対応したものであり、この値が少なくなることは、発電量が少なくなることである。従って、この電流値
があらかじめ定められた所定の値を下回ることにより電動機５０８による回生運転を終了すべきタイミングと判断し、電動機５０８の運転を停止する。
【００５０】
図８に、膨張圧縮機の起動時の運転と、制御弁、制御ＳＷの制御タイミングの一例を表すタイミングチャートを示す。起動時の、膨張圧縮機５０９の回転数、つまり電動機５０８の回転数、電流センサ５２０により検出された電動機５０８を流れる電流値、制御弁５１０の開閉状態、制御SW−A５１５、制御SW−B５１６のＯＮＯＦＦ状態、そして電圧検出手段５２４により検出された直流部の電圧値の推移を表すものである。
【００５１】
起動前には、蓄電手段５１４に設けられた制御SW−A５１５と制御SW−B５１６は、それぞれOFFとONに設定され、蓄電部５１７に蓄えられた電力が膨張圧縮機制御手段５１２に供給される。時刻ｔ１において膨張圧縮機５０９が回転数Ｅ１の回転数にて起動される。それにより電動機５０８を流れる電流は、電動機５０８に電流が供給されるため電流値ＩＥ１が流れ、高低圧差の増加に伴う負荷の増大により徐々に電流値が増加していく。時刻ｔ２からは、膨張圧縮機５０９が加速され、ヒートポンプの能力を満足する回転数Ｅ２に時刻ｔ４に到達する。それにより流れる電流値もＩＥ２にまで増加する。
【００５２】
膨張圧縮機５０９の起動により、蓄電部５１７に蓄えられた電力は消費され、直流部の電圧値は低下していく。その電圧値が予め定められた所定の電圧値Ｖ２（図６のフローチャートにおける下限電圧と同じ）を下回った時刻ｔ３において、蓄電手段５１４における制御SW−A５１５がＯＮ、制御SW−B５１６がＯＦＦに制御される。これにより、整流回路５１８の出力である直流電力（電圧値Ｖ３）が膨張圧縮機制御手段５１２に接続され、蓄電部５１７が切り離されるため、交流電源５１９を使用して電動機５０８が駆動される。以上のような動作により、ヒートポンプ装置の起動時には蓄電部５１７に蓄えられた電力により、蓄電部５１７の電力消費後は交流電源５１９による電力により膨張圧縮機５０９の駆動が実行される。
【００５３】
図９に、膨張圧縮機の停止時の運転と、制御弁、制御ＳＷの制御タイミングの一例を表すタイミングチャートを示す。表記項目は、図８と同じである。
【００５４】
通常運転時には、蓄電手段５１４に設けられた制御SW−A５１５と制御SW−B５１６は、それぞれOＮとOＦＦに設定され、交流電源５１９による電力が膨張圧縮機制御手段５１２に供給される。時刻ｔ５においてヒートポンプ装置の停止モードに入ると制御弁５１０が開とされる。これにより、圧縮機５０１の入出力端が連通されるため、圧縮機負荷がなくなる。さらに、膨張圧縮機制御手段５１２により回生運転が実行され、電動機５０８は発電機として動作し電力を発電するため、電動機電流は、回生側の負の電流ＩＥ４が電動機５０８から膨張圧縮機制御手段５１２の方向に流れる。このことにより、直流部の電圧値が回生電流により上昇していく。その電圧値が予め定められた所定の電圧値Ｖ５（図７のフローチャートにおける充電電圧）を越えた時刻ｔ６において、蓄電手段５１４に設けられた制御SW−A５１５と制御SW−B５１６は、それぞれOＦＦとOＮに設定される。これにより、電動機５０８が発電機として動作し発電された電力が、蓄電部５１７に蓄電される。これにより、直流部の電圧値は、時刻ｔ６で一旦Ｖ６に低下した後、徐々に上昇していく。
【００５５】
その後、冷媒の高低圧差が減少していくと電動機５０８に流れる電流値が徐々に減少していく。その電流値の絶対値が所定の下限電流値ＩＥ５を下回った場合、回収動力が少なくなったと判断して電動機５０８を停止する。直流部の電圧値は、Ｖ７となり、回収された電力が蓄電され、再起動の際の起動動力として有効利用される。
【００５６】
このように、本実施例におけるヒートポンプ装置においては、膨張圧縮機の停止時の冷
媒高低圧差を電力として回収して、起動時の膨張圧縮機の駆動動力として使用するため、エネルギーロスの少ない高効率なヒートポンプ運転を実現するものである。
【００５７】
本実施例では、電動機の電流値により停止判断を行ったが、電力値で停止判断を行っても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように本発明は、合理的な制御によりヒートポンプのＣＯＰの向上に寄与するものとして、ヒートポンプが属する技術分野において、多大な利用価値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来の一般的なヒートポンプ装置の構成図
【図２】従来の膨張機を用いたヒートポンプ装置の構成図
【図３】二酸化炭素を用いた冷凍サイクルにおける冷媒の状態を表すモリエル線図
【図４】従来の別の膨張機を用いたヒートポンプ装置の構成図
【図５】本発明によるヒートポンプ装置の一実施例のブロック構成図
【図６】本発明によるヒートポンプ装置の起動時の制御手順の一例を表すフローチャート
【図７】本発明によるヒートポンプ装置の停止時の制御手順の一例を表すフローチャート
【図８】本発明によるヒートポンプ装置の起動時の制御タイミングの一例を表すタイミングチャート
【図９】本発明によるヒートポンプ装置の停止時の制御タイミングの一例を表すタイミングチャート
【符号の説明】
【００６０】
５０１  圧縮機
５０２  放熱器
５０３  膨張機
５０４  蒸発器
５０５  調整弁A
５０６  調整弁B
５０８  電動機
５０９  膨張圧縮機
５１０  制御弁
５１１  逆止弁
５１２  膨張圧縮機制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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