(57)【要約】【課題】ＨＦＣ冷媒移行時のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、既設連絡配管の高圧上昇回避手段の信頼性を向上し、冷房運転及び暖房運転でも使用できるように汎用性を向上する。【解決手段】エンジン駆動による圧縮機１０と液冷媒を貯留するレシーバ１４と吐出経路を室外熱交換器又は室内熱交換器へ連通可能な四方弁２０を有するエンジン駆動式ヒートポンプ１において、その途中にバイバス電磁弁３２を設け、一端を吐出経路６０に接続し、他端を吸入経路６１に接続するバイパス経路６６と、前記四方弁２０と室内熱交換器１３とを接続する経路上に設けられる第一圧力スイッチ９７と、前記レシーバと室内熱交換器とを接続する経路上に設けられる第二圧力スイッチ９６と、前記第一圧力スイッチ９７又は第二圧力スイッチ９６が所定値以上となれば前記バイパス電磁弁３２を開とする高圧上昇回避手段を備える。【選択図】図１
2007127327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン駆動による圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に接続される吐出経路と、
前記圧縮機の吸入側に接続される吸入経路と、
高圧の液冷媒を貯留するレシーバと、
前記吐出経路を室外熱交換器又は室内熱交換器へ連通可能な四方弁とを有するエンジン駆動式ヒートポンプにおいて
その途中に開閉弁を設け、一端を前記吐出経路に接続し、他端を前記吸入経路に接続するバイパス経路と、
前記四方弁と室内熱交換器とを接続する経路上に設けられる第一圧力スイッチと、
前記レシーバと室内熱交換器とを接続する経路上に設けられる第二圧力スイッチと、
前記第一圧力スイッチ又は第二圧力スイッチにより前記開閉弁を開とする高圧上昇回避手段を備えることを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン駆動式ヒートポンプの高圧上昇回避の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地球環境保護目的から、冷凍装置及び空気調和装置に使用される冷媒が、ＨＣＦＣ冷媒からＨＦＣ冷媒へ移行されている。これは、塩素を含むＨＣＦＣ冷媒に対して塩素を全く含まないＨＦＣ冷媒は、オゾン層を破壊することなく、オゾン破壊係数（Оｚｏｎｅ  Ｄｅｐｅｌｅｔｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）はゼロであることによる。
このＨＦＣ冷媒移行の課題として、それぞれの冷媒飽和圧力の違いが挙げられる。一般に、ＨＦＣ冷媒はＨＣＦＣ冷媒より飽和圧力が高く、例えば、飽和温度が５０℃を越えると、ＨＦＣ−Ｒ４１０Ａ冷媒の飽和圧力は、ＨＣＦＣ−Ｒ２２冷媒の飽和圧力の１．４倍程度高くなる。
【０００３】
最近では、ビル又はマンションにおいては、空気中調和装置の室外機と室内機を接続する連絡配管が、壁面内に埋設されていることが多い。ここで、既設の空気調和装置を撤去して新たな空気調和装置を据付する際には、通常、既設連絡配管は、そのまま使用される場合がある。
そのため、ＨＣＦＣ冷媒の空気調和装置からＨＦＣ冷媒の空気調和装置に入れ替える際には、既設連絡配管の配管耐久圧力が課題となる。例えば、ＨＣＦＣ−Ｒ２２冷媒使用の空気調和装置の配管設計圧力は２．７５ＭＰａであるが、ＨＦＣ−Ｒ４１０Ａ冷媒使用の場合は、これを大きく上回る。
【０００４】
このようなＨＦＣ冷媒移行の課題に対して、特許文献１は、連絡配管内の圧力を所定値以下にする冷凍装置を開示している。該冷凍装置は、冷房運転時は、膨張弁開度を大きくし冷媒循環量を多くし連絡配管の高圧を低減している。一方、暖房運転時は、圧縮機の運転周波数を低減させ、連絡配管の高圧上昇を回避している。
【特許文献１】特開２００５−４９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１開示の高圧上昇回避手段は、圧縮機が容量制御可能でなければ、暖房時の高圧上昇回避ができない。さらに、通常、冷凍装置の配管は、少しでも設計圧力を越えたら破裂するということはないが、疲労、経年劣化又はロウ付け部の強度バラツキを考慮すると、長年の使用において設計圧力を超える時間が累積され、配管破裂・損傷の可能性がある。ここで、膨張弁制御では、細かいパルスにて開度制御され冷媒挙動への追従性が遅いため、設計圧力を超えてしまうタイミングもあり得る。このように、膨張弁制御のみによる高圧上昇回避手段は、連絡配管の設計圧力に対する信頼性が低い。
そこで、解決しようとする課題は、ＨＦＣ冷媒移行時のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、既設連絡配管の高圧上昇回避手段の信頼性を向上し、冷房運転及び暖房運転でも使用できるように汎用性を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、エンジン駆動による圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に接続される吐出経路と、前記圧縮機の吸入側に接続される吸入経路と、高圧の液冷媒を貯留するレシーバと、前記吐出経路を室外熱交換器又は室内熱交換器へ連通可能な四方弁とを有するエンジン駆動式ヒートポンプにおいてその途中に開閉弁を設け、一端を前記吐出経路に接続し、他端を前記吸入経路に接続するバイパス経路と、前記四方弁と室内熱交換器とを接続する経路上に設けられる第一圧力スイッチと、前記レシーバと室内熱交換器とを接続する経路上に設けられる第二圧力スイッチと、前記第一圧力スイッチ又は第二圧力スイッチにより前記開閉弁を開とする高圧上昇回避手段を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【０００９】
請求項１においては、ＨＦＣ冷媒移行時の既設連絡配管に対する高圧上昇回避を、冷房運転時又は暖房運転時でも使用できるように汎用性を向上している。さらに、開閉手段にて、即に所定の冷媒量をバイパスさせるため、既設連絡配管設計圧力に対する信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係るエンジン駆動式ヒートポンプの全体的な構成を示した冷媒回路図、図２は同じく冷房運転における高圧上昇緩和制御及び高圧上昇回避制御の冷媒挙動を示す図、図３は同じく暖房運転における高圧上昇緩和制御及び高圧上昇回避制御の冷媒挙動を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、エンジン駆動式ヒートポンプ１は、駆動源としてのエンジン（図示略）から動力を得て冷媒を圧縮する圧縮機１０と、該圧縮機１０の吐出側に接続され冷房時及び暖房時で冷媒の流れを切り換える四方弁２０と、冷房時に圧縮機１０から四方弁２０を介して吐出冷媒が供給される室外熱交換器１２と、該室外熱交換器１２を室外空気と熱交換させる室外ファン５と、暖房時に圧縮機１０から四方弁２０を介して吐出冷媒が供給される室内熱交換器１３と、該室内熱交換器１３を室内空気と熱交換させる室内ファン６と、室外熱交換器１２及び室内熱交換器１３間に配設される室外熱交換器膨張弁２１とを有しており、これらで構成される冷媒サイクルを用いるものである。
【００１２】
前記圧縮機１０は、その吸入側からガス冷媒を吸引・圧縮し、高温・高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１０の吐出側には、吐出経路６０を介して前記四方弁２０が接続されており、この吐出経路６０にはガス冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機１０の吸入側に戻すためのオイルセパレータ１１が設けられている。すなわち、圧縮機１０から吐出されるガス冷媒は、オイルセパレータ１１を介して前記四方弁２０へと流入し、この四方弁２０にて所定の方向に導かれる。また、圧縮機１０に吸引されるガス冷媒も四方弁２０にて導かれるため、圧縮機１０の冷媒吸入側と四方弁２０とは吸入経路６１により接続されている。なお、第二圧力センサ９０及び高圧遮断スイッチ（ＨＰＳ）９５は、圧縮機１０により吐出される高圧のガス冷媒圧力を検知するため、吐出経路６０の圧縮機１０側に設けられる。
【００１３】
前記四方弁２０は、前記室外熱交換器１２の一端側に接続されており、この室外熱交換器１２の他端側には、レシーバ１４が接続されている。一方、室内熱交換器１３は、一端が、液側連絡配管５０を介して、前記レシーバ１４に接続されており、他端は、ガス側連絡配管５１を介して、四方弁２０に接続されている。これら液側連絡配管５０及びガス側連絡配管５は、建物内部に据付されている場合が多く、最近では、空調機更新時にはそのまま利用される場合がある。また、これら連絡配管５０・５１の室外機２側には、それぞれ液閉鎖弁４０及びガス閉鎖弁４１が設けられている。さらに、液側連絡配管５０の室外機２側には、第一圧力センサ９１及び第一圧力スイッチ９６が設けられている。一方、ガス側連絡配管５１の室外機２側には、第二圧力スイッチ９７が設けられている。
【００１４】
廃熱回収器１５は、前記室外熱交換器膨張弁２１と前記レシーバ１４の間から分岐し、吸入経路６１に接続される経路６３に設けられている。該経路６３には、吸入経路６１に向かって廃熱回収器膨張弁２２、過冷却熱交換器１７、前記廃熱回収器１５の順にて、これらが直列に接続されている。前記経路６３を通過する冷媒は、蒸発潜熱により、レシーバ１４内の液冷媒を、過冷却熱交換器１７にて過冷却し、廃熱回収器１５でエンジン冷却水からエンジンの廃熱を回収して蒸発する。
【００１５】
第一バイパス経路６５及び第二バイパス経路６６は、吐出経路６０と吸入経路６１とを短絡するバイパス経路である。第一バイパス経路６５には、減圧機構としてバイパス膨張弁２４が、第二バイパス経路６６には、バイパス電磁弁３２及び減圧機構としてキャピラリ２５が設けられている。これらバイパス経路６５・６６は、圧縮機１０の吐出ガスを短絡して吸入経路に戻すことで、エンジン駆動式ヒートポンプ１の高圧側の異常圧力上昇を防止する。
【００１６】
経路６７は、前記レシーバ１４の上面から、前記吐出経路６０に向かう経路である。該経路６７は、レシーバ１４の高圧が異常上昇したとき、ガス冷媒を吐出経路へ逃がすことができる。また、経路６７は、逆止弁７５・７６を介して、高温・高圧の吐出ガス冷媒が、レシーバ１４に逆流することを防止している。
【００１７】
上述した圧力スイッチ９５・９６・９７は、圧力変化を検出し、電気回路の接点を開閉するものであり、保護・保安のため圧縮機１０及び電磁弁などの電気回路を開閉する装置である。例えば、高圧遮断スイッチ（ＨＰＳ）９５は、圧縮機１０の吐出圧力が所定値以上となると、直ちに圧縮機１０を電気的に遮断し停止するものであり、異常高圧時の配管破損や機器破損を防止する安全装置である。一方、圧力センサ９０・９１は、圧力変化をダイヤフラムにて電気的信号に変換する装置であり、それらの多くは通常運転における冷媒制御のための装置である。
なお、温度センサ及び圧力センサにより、コントローラ１００は冷媒状態を検知して、電磁弁、電子膨張弁、及び四方弁を開閉作動又は開閉制御する。一方、閉鎖弁は、通常、作業者の手によって開閉作動される。
【００１８】
最近では、ビル又はマンションにおいては、エンジン駆動式ヒートポンプ１のような空気中調和装置の室外機２と室内機３を接続する連絡配管５０・５１が、壁面内に埋設されていることが多い。ここで、既設の空気調和装置を撤去して新たなエンジン駆動式ヒートポンプ１を据付する場合には、通常、既設連絡配管５０・５１をそのまま使用する場合がある。
そのため、ＨＣＦＣ冷媒使用の空気調和装置から、ＨＦＣ冷媒使用のエンジン駆動式ヒートポンプ１に更新する場合は、既設連絡配管５０・５１の配管設計圧力が課題となる。例えば、ＨＦＣ−Ｒ４１０Ａ冷媒使用の場合は、ＨＣＦＣ−Ｒ２２冷媒使用の空気調和装置の配管設計圧力に比べ、大きい配管設計圧力になるため、ＨＣＦＣ−Ｒ２２冷媒使用時の既設連絡配管５０・５１の設計圧力を超えてはならない。
本実施例では、ＨＦＣ冷媒使用のエンジン駆動式ヒートポンプ１において、既設連絡配管５０・５１がＨＣＦＣ冷媒使用であった場合を想定して、連絡配管５０・５１の高圧制御手段及び高圧回避手段について説明する。
【００１９】
図２の太線に示すように、ここで、エンジン駆動式ヒートポンプ１の冷房運転時の冷媒挙動について説明する。
冷房運転時においては、圧縮機１０にて圧縮され吐出される高温・高圧のガス冷媒は、吐出経路６０を経由し四方弁２０を介して室外熱交換器１２に送られ、この室外熱交換器１２で室外ファン５により送風される外気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室外の空気中に放熱される。ここで、ガス冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷媒は、レシーバ１４内に流入し、さらにレシーバ１４から液側連絡配管５０を経由して、室内熱交換器膨張弁２３に到達し、この室内熱交換器膨張弁２３で急激に減圧され蒸発しやすい状態となって室内熱交換器１３に導かれる。この室内熱交換器１３が蒸発器となり、冷媒が室内の空気から蒸発熱を奪い液体から気体へと変化するとともに室内の空気を冷却する。気化した冷媒は、ガス側連絡配管５１を経由して、四方弁２０を介して吸入経路６１を通り、圧縮機１０に吸引されて圧縮された後、再び吐出される。
【００２０】
図２の破線に示すように、また、エンジン駆動式ヒートポンプ１の冷房運転時における高圧上昇緩和制御時の冷媒挙動について説明する。
通常冷房運転中に、高圧が上昇する原因としては、外気温の上昇や室内冷房負荷増大が挙げられる。
このような場合、連絡配管５０・５１のうち先に通過する液側連絡配管５０の設計圧力を越えないように、第一バイパス経路６５の通過冷媒量を制御する。具体的には、前記液側連絡配管５０の上流側に設けられる第一圧力センサ９１にて検知する圧力が所定値を超える場合には、コントローラ１００は、前記第一バイパス経路６５の途上に設けられるバイパス膨張弁２４の開度制御にて、通過冷媒量を制御して通常運転を継続する。エンジン駆動式ヒートポンプ１の全体循環冷媒量の一部を、バイパス冷媒量として仕事をさせない（室外熱交換器１２に流さない）ことで高圧上昇を緩和している。
【００２１】
図２の一点鎖線に示すように、さらに、エンジン駆動式ヒートポンプ１の冷房運転時における高圧上昇回避制御時の冷媒挙動について説明する。
上述した高圧上昇緩和制御においても、さらに高圧が十分に低下しない場合の原因として、室外機２の通風路に障害物がある（例えばビニールシート等）、室内熱交換器膨張弁２３の詰まり、又は冷媒回路内に不凝縮ガスの混入等が考えられる。さらに、例えば、複数台の室内機３・・・・３を接続しているエンジン駆動式ヒートポンプの場合は、多数の室内機３・・・３が運転を停止して、１台の室内機３のみ運転する状況となった場合は、冷媒が運転する１台の室内機３に集中し、高圧が急に上昇することもあり得る。
このような場合は、液側連絡配管５０の設計圧力を越えないように、第二バイパス経路６６を用いて、バイパス冷媒量を増加する。具体的には、前記液側連絡配管５０を通過する冷媒の圧力が、第一圧力スイッチ９６に予め設定された所定値を超える場合には、コントローラ１００は、前記第二バイパス経路６６の途上に設けられるバイパス電磁弁３２を開として、前記第二バイパス経路６６に冷媒量を通過させる。つまり、バイパス通過冷媒量をさらに増加させることで高圧上昇を回避しているのである。ここで、バイパス電磁弁３２はＯＮ―ＯＦＦによる開閉制御のため、一端ＯＮとされた場合は、即に高圧上昇は回避できるのである。
【００２２】
図３の太線に示すように、さらに、エンジン駆動式ヒートポンプ１の暖房運転時の冷媒挙動について説明する。
暖房運転時においては、圧縮機１０にて圧縮され吐出される高温・高圧のガス冷媒は、吐出経路６０を経由し四方弁２０を介して、ガス連絡配管５１を経由して室内熱交換器１３に送られ、この室内熱交換器１３で室内ファン６により送風される室内の空気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室内の空気中に放熱され室内の空気を温める。ここで、冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷媒は、液連絡配管５０を経由してレシーバ１４に流入し、このレシーバ１４から室外熱交換器膨張弁２１に到達し、この室外熱交換器膨張弁２１で急激に減圧され蒸発しやすい状態となって室外熱交換器１２に導かれる。この室外熱交換器４が蒸発器となり、冷媒が室外の空気中から蒸発熱を奪い、冷媒の一部が液体から気体へと変化する。そして、室外熱交換器４を経て気化した冷媒は、四方弁２０を介して吸入経路６１を通り、圧縮機１０に吸引されて圧縮された後、再び吐出される。
【００２３】
暖房運転の場合、高圧上昇緩和手段及び高圧上昇回避手段の手段は、冷房運転と同じである。ただ、冷房運転の場合とは逆に、冷媒は連絡配管５０・５１のうち先にガス側連絡配管５１を通過するため、第二圧力センサ９０は吐出経路６０の圧縮機１０側に、第二圧力スイッチ９７はガス側連絡配管５１の暖房運転時上流側に設けられる。第二圧力センサ９０がガス側連絡配管５１上に設けられないのは、室外熱交換器１２の配管圧力損失を考慮すると、圧縮機１０の吐出側よりガス側連絡配管５１の圧力が高いことはないからである。
一方、第二圧力スイッチ９７のみガス側連絡配管５１に対して設けられるのは、圧縮機１０の吐出側には高圧遮断スイッチ（ＨＰＳ）９５が設けられるためである。この高圧遮断スイッチ（ＨＰＳ）９５が作動すると、圧縮機１０が停止してしまうため、第一圧力スイッチ９６及び第二圧力スイッチ９７の設定値は、高圧遮断スイッチ（ＨＰＳ）９５の設定値以下でなくてはならない。
【００２４】
本実施例では、バイパス膨張弁２４の開度制御にて通過冷媒量制御する高圧上昇緩和手段に加え、ＯＮ―ＯＦＦによる開閉制御のバイパス電磁弁３２にてバイパス冷媒量を増加する高圧上昇回避手段にて、既設連絡配管の設計圧力に対する信頼性を向上した。また、本実施例では冷房運転時でも暖房運転時でも高圧上昇回避が可能であり、その汎用性を向上している。
本実施例は、ＨＦＣ冷媒移行時の既設連絡配管５０・５１の設計圧力に対する高圧上昇回避するだけでなく、例えば、所定の圧力以下でなければ動作保証されていない機器を含んだ冷媒回路においても応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例に係るエンジン駆動式ヒートポンプの全体的な構成を示した冷媒回路図。
【図２】同じく冷房運転における高圧上昇緩和制御及び高圧上昇回避制御の冷媒挙動を示す図。
【図３】同じく暖房運転における高圧上昇緩和制御及び高圧上昇回避制御の冷媒挙動を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１    エンジン駆動式ヒートポンプ
１０    圧縮機
１３    室内熱交換器
１４    レシーバ
２０    四方弁
３２    バイパス電磁弁
６０    吐出経路
６１    吸入経路
６６    バイパス経路
９６    第二圧力スイッチ
９７    第一圧力スイッチ
【図１】
2007127327.tif 000003
【図２】
2007127327.tif 000004
【図３】
2007127327.tif 000005