(57)【要約】【課題】過冷却回路を備えている空冷ヒートポンプに着目し、その過冷却回路を利用することにより、低コスト化を図りながら効率の良い高圧コントロールを行うことができる空冷ヒートポンプの高圧制御機構を提供することを目的とする。【解決手段】液冷媒配管ライン１１Ｂから分岐した液冷媒の一部を過冷却用電子膨張弁２０および過冷却熱交換器１８を経て圧縮機２の吸入配管１１Ｃに合流する過冷却回路１９を備えた空冷ヒートポンプ１において、圧縮機２の吐出配管１１Ａに一端が接続されるとともに、他端が過冷却回路１９に切替え手段２２，２３を介して接続され、圧縮機２から吐出された高圧冷媒ガスの一部を、過冷却用電子膨張弁２０を経て液冷媒配管ライン１１Ｂにバイパスさせる高圧コントロール用バイパス回路２１が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、熱源側空気熱交換器、膨張弁、利用側熱交換器により冷凍サイクルを構成するとともに、前記冷凍サイクルの液冷媒配管ラインに過冷却熱交換器を設け、前記液冷媒配管ラインから分岐した液冷媒の一部を過冷却用電子膨張弁および前記過冷却熱交換器を経て前記圧縮機の吸入配管に合流する過冷却回路を備えた空冷ヒートポンプにおいて、
前記圧縮機の吐出配管に一端が接続されるとともに、他端が前記過冷却回路に切替え手段を介して接続され、前記圧縮機から吐出された高圧冷媒ガスの一部を、前記過冷却用電子膨張弁を経て前記液冷媒配管ラインにバイパスさせる高圧コントロール用バイパス回路が設けられている特徴とする空冷ヒートポンプの高圧制御機構。
【請求項２】
前記バイパス回路は、前記過冷却熱交換器の前記吸入配管側において前記過冷却回路に切替え手段を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の空冷ヒートポンプの高圧制御機構。
【請求項３】
前記切替え手段は、前記バイパス回路側に設けられた第１電磁弁と、前記バイパス回路の接続位置よりも前記吸入配管側において前記過冷却回路に設けられた第２電磁弁とから構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の空冷ヒートポンプの高圧制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷ヒートポンプにおいて、運転時の高圧をコントロールする高圧制御機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
年間を通して冷却運転される仕様の空冷ヒートポンプにおいては、冬期等の外気温が低い環境下で運転した場合、高圧が立ち上がらなくなることがある。また、過大負荷下での加熱運転時にも同様に、高圧が立ち上がらなくなることがある。特に、起動時にその傾向があり、この場合、高低圧の圧力差を確保することができなくなるため、冷媒が正常に流れ難くなり、それが原因で低圧が異常低下することによって低圧保護装置が作動し、ヒートポンプを継続的に運転することが困難となることがある。
【０００３】
このような事態を回避してヒートポンプを正常に継続して運転するには、高圧圧力を調整する機構が必要となる。通常、ＨＰＲと称する機械式の高圧コントロール弁を使用することが多いが、或る一定の圧力でしかコントロールすることができない。このため、運転状態によっては、必要以上に高圧が上昇することがあり、効率の悪い運転となる場合があった。また、ＨＰＲは、高価であり、コスト上昇を招くという問題があった。
【０００４】
かかる問題を解決すべく、圧縮機の吐出配管と凝縮器の出口側配管との間に開度制御可能な三方弁を介してバイパス回路を設け、外気温や冷凍サイクルの圧力を検出し、それが設定値よりも低い場合、バイパス回路を介して圧縮機から吐出された高圧冷媒ガスを凝縮器の出口側にバイパスさせることにより、ＨＰＲを用いずに高圧をコントロールできるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによると、高低圧の圧力差を確保することができ、高圧が立ち上がらなくなることにより低圧が異常低下し、保護装置が作動して運転が継続できなくなるという問題を解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０５９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示すものでは、バイパス回路の他に、該バイパス回路を介してバイパスされる高圧冷媒ガスの量をコントロールする開度制御可能な三方弁等の流量制御弁が必要となるため、制御性を向上して効率の良い高圧コントロールを行うことができるものの、高価なＨＰＲの変わりに流量制御弁を設けなければならず、コストメリットは余り期待できなかった。そこで、新たに流量制御弁を追加設置することなく、流量制御機能を有する弁を備えている空冷ヒートポンプにおいて、その既設の弁を有効利用して高圧をコントロールすることができる空冷ヒートポンプの高圧制御機構を得ようとするものである。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、過冷却回路を備えている空冷ヒートポンプに着目し、その過冷却回路を利用することにより、低コスト化を図りながら効率の良い高圧コントロールを行うことができる空冷ヒートポンプの高圧制御機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明の空冷ヒートポンプの高圧制御機構は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空冷ヒートポンプの高圧制御機構は、圧縮機、熱源側空気熱交換器、膨張弁、利用側熱交換器により冷凍サイクルを構成するとともに、前記冷凍サイクルの液冷媒配管ラインに過冷却熱交換器を設け、前記液冷媒配管ラインから分岐した液冷媒の一部を過冷却用電子膨張弁および前記過冷却熱交換器を経て前記圧縮機の吸入配管に合流する過冷却回路を備えた空冷ヒートポンプにおいて、前記圧縮機の吐出配管に一端が接続されるとともに、他端が前記過冷却回路に切替え手段を介して接続され、前記圧縮機から吐出された高圧冷媒ガスの一部を、前記過冷却用電子膨張弁を経て前記液冷媒配管ラインにバイパスさせる高圧コントロール用バイパス回路が設けられている特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、過冷却回路を備えた空冷ヒートポンプにあって、圧縮機の吐出配管に一端が接続されるとともに、他端が過冷却回路に切替え手段を介して接続され、圧縮機から吐出された高圧冷媒ガスの一部を、過冷却用電子膨張弁を経て液冷媒配管ラインにバイパスさせる高圧コントロール用バイパス回路が設けられているため、低外気温下での冷却運転時や過大負荷下での加熱運転時、切替え手段を介して圧縮機から吐出された高圧冷媒ガスの一部をバイパス回路経由で過冷却回路に導き、過冷却用電子膨張弁を介して液冷媒配管ラインにバイパスさせることにより、高圧の低下を抑制し、保護装置の作動による運転停止を回避して空冷ヒートポンプを正常に運転することができる。従って、高価なＨＰＲを用いることになく、バイパス回路方式で高圧をコントロールすることができ、しかも過冷却回路に設けられている標準仕様の過冷却用電子膨張弁を共用して高圧冷媒ガスのバイパス量を制御することができるため、専用の流量制御弁を追加設置することなく、低コスト化を図りながら、効率の良い高圧コントロールを行うことができる。なお、本発明によると、高圧コントロール時、液冷媒に過冷却を付与することにより冷却能力を高めるという過冷却回路本来の機能は損なわれることになるが、低外気温下での運転のため、過冷却機能が喪失されても特に問題はない。
【００１０】
さらに、本発明の空冷ヒートポンプの高圧制御機構は、上記の空冷ヒートポンプの高圧制御機構において、前記バイパス回路は、前記過冷却熱交換器の前記吸入配管側において前記過冷却回路に切替え手段を介して接続されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、バイパス回路が、過冷却熱交換器の前記吸入配管側において過冷却回路に切替え手段を介して接続されているため、高圧コントロール時、バイパス回路を経て液冷媒配管ラインにバイパスされる高圧冷媒ガスを、過冷却熱交換器に流通させて凝縮液化された低温の高圧液冷媒と熱交換させ、温度を降下して液冷媒配管ラインにバイパスさせることができる。従って、液冷媒配管ラインに可溶栓を備えたレシーバ等が設けられている空冷ヒートポンプに適用しても、可溶栓に対して熱影響を及ぼす事態等を回避することができる。
【００１２】
さらに、本発明の空冷ヒートポンプの高圧制御機構は、上述のいずれかの空冷ヒートポンプの高圧制御機構において、前記切替え手段は、前記バイパス回路側に設けられた第１電磁弁と、前記バイパス回路の接続位置よりも前記吸入配管側において前記過冷却回路に設けられた第２電磁弁とから構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、切替え手段が、バイパス回路側に設けられた第１電磁弁と、バイパス回路の接続位置よりも吸入配管側において過冷却回路に設けられた第２電磁弁とから構成されているため、切替え手段をＯＮ／ＯＦＦより簡易に切替えが可能でかつ安価な２個の電磁弁によって構成することができる。従って、バイパス回路を設けることによるコスト上昇を最小限とすることができるとともに、過冷却回路およびバイパス回路の２回路切替え機能の信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、低外気温下での冷却運転時や過大負荷下での加熱運転時に、切替え手段を介して圧縮機から吐出された高圧冷媒ガスの一部をバイパス回路経由で過冷却回路に導き、過冷却用電子膨張弁を介して液冷媒配管ラインにバイパスさせることにより、高圧の低下を抑制し、保護装置の作動による運転停止を回避して空冷ヒートポンプを正常に運転することができるため、高価なＨＰＲを用いることになく、バイパス回路方式で高圧をコントロールすることができ、しかも過冷却回路に設けられている標準仕様の過冷却用電子膨張弁を共用して高圧冷媒ガスのバイパス量を制御することができるため、専用の流量制御弁を追加設置することなく、低コスト化を図りながら、効率の良い高圧コントロールを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る高圧制御機構を適用した空冷ヒートポンプの冷凍サイクル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施形態について、図１を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る高圧制御機構を適用した空冷ヒートポンプの冷凍サイクル図が示されている。
空冷ヒートポンプ１は、圧縮機２、四方切換弁３、熱源側空気熱交換器４、加熱用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）５、可溶栓６付きレシーバ７、冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）８、利用側の冷媒／水熱交換器９、およびアキュームレータ１０を備えており、これらを冷媒配管１１で接続することにより閉サイクルの冷凍サイクル１２を構成している。このような冷凍サイクル１２自体は、公知のものである。
【００１７】
冷媒／水熱交換器９の水配管側には、水入口配管１３および水出口配管１４が接続されており、この冷媒／水熱交換器９において、水配管側を流れる水と冷媒配管側を流れる冷媒とを熱交換することにより、冷却運転時には冷水、加熱運転時には温水が得られる構成とされている。また、冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）８に対しては、加熱運転時に開とされる電磁弁１５が並列に接続されているとともに、加熱用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）５とレシーバ７との間を接続している液冷媒配管ライン１１Ｂと、アキュームレータ１０と圧縮機２との間を接続している吸入配管１１Ｃとの間に、流量調整弁１６を備えた液冷媒バイパス回路１７が設けられている。
【００１８】
さらに、レシーバ７と冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）８との間を接続する液冷媒配管ライン１１Ｂには、液冷媒配管ライン１１Ｂ内を流れる液冷媒を冷却して過冷却を付与する過冷却熱交換器１８が設けられている。この過冷却熱交換器１８は、例えば二重管熱交換器等によって構成されるものであり、二重管熱交換器の一方の流路に液冷媒配管ライン１１Ｂが接続され、他方の流路に液冷媒配管ライン１１Ｂから分岐した分岐配管により構成される過冷却回路１９が接続されている。
【００１９】
この過冷却回路１９における過冷却熱交換器１８の冷媒入口側には、過冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２０が設けられ、過冷却回路１９側に分流される冷媒量を調整するとともに、該冷媒を減圧して過冷却熱交換器１８に供給可能な構成とされている。また、過冷却回路１９の他端側は、過冷却熱交換器１８の出口側において、圧縮機２の吸入配管１１Ｃに設けられているアキュームレータ１０の入口側に接続されている。
【００２０】
また、上記過冷却回路１９には、圧縮機２の吐出配管１１Ａと、過冷却熱交換器１８の出口側、すなわち過冷却熱交換器１８の吸入配管１１Ｃ側との間を接続する高圧コントロール用のバイパス回路２１が設けられている。このバイパス回路２１は、切替え手段を構成するバイパス回路２１側に設けられた第１電磁弁２２およびバイパス回路２１の接続位置よりも吸入配管１１Ｃ側において過冷却回路１９に設けられた第２電磁弁２３を介して接続されたおり、過冷却回路１９を機能させるとき、第１電磁弁２２が閉、第２電磁弁２３が開とされ、高圧コントロール用のバイパス回路２１を機能させるとき、第１電磁弁２２が開、第２電磁弁２３が閉とされるようになっている。
【００２１】
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記空冷ヒートポンプ１にあって、冷却運転時、冷媒は四方切換弁３により実線矢印方向に循環され、加熱運転時、冷媒は四方切換弁３により破線矢印方向に循環される。これにより、冷却運転時には、熱源側空気熱交換器４を凝縮器、利用側冷媒／水熱交換器９を蒸発器として機能させ、水入口配管１３から流入して水出口配管１４から流出する水を冷却することにより、冷水を製造することができる。また、加熱運転時には、利用側冷媒／水熱交換器９を凝縮器、熱源側空気熱交換器４を蒸発器として機能させ、水入口配管１３から流入して水出口配管１４から流出する水を加熱することにより、温水を製造することができる。
【００２２】
この間、液冷媒配管ライン１１Ｂを流通する高圧液冷媒の一部を過冷却回路１９側に分流し、この冷媒を過冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２０で減圧して過冷却熱交換器１８に導入することにより、液冷媒配管ライン１１Ｂ側を流れる液冷媒と熱交換させ、その蒸発潜熱で液冷媒を冷却して過冷却を付与することができる。過冷却熱交換器１８で蒸発された冷媒は、アキュームレータ１０の入口側で吸入配管１１Ｃに合流され、圧縮機２へと吸入される。以上の冷水製造、温水製造、過冷却作用は、それぞれ公知である。
【００２３】
上記の空冷ヒートポンプ１において、低外気温下での冷却運転時や過大負荷下での加熱運転時、高圧が立ち上がらなくなることがあり、これによって、低圧保護装置が作動して運転を継続することができなくなる場合があることは上述の通りである。この場合、本実施形態では、過冷却回路１９側に設けられている第２電磁弁２３を閉、高圧コントロール用のバイパス回路２１側に設けられている第１電磁弁２２を開とすることにより、過冷却回路１９としての機能を喪失させた上で、高圧コントロール用のバイパス回路２１を機能させ、圧縮機２から吐出された高圧冷媒ガスをバイパス回路２１から過冷却回路１９の過冷却熱交換器１８出口側に導入し、該高圧冷媒を過冷却熱交換器１８、過冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２０を介して液冷媒配管ライン１１Ｂに合流させることができる。
【００２４】
そして、この高圧冷媒ガスのバイパス量を過冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２０の流量制御機能を利用して調整することにより、液冷媒配管ライン１１Ｂ側での高圧を所定圧以上に維持することができる。その結果、高低圧の圧力差を確保して冷媒を正常に流通させることができ、低圧の異常低下を防止し、保護装置の作動による運転停止を回避して空冷ヒートポンプ１を正常に継続運転することができる。
【００２５】
斯くして、本実施形態によると、高価なＨＰＲを用いることになく、バイパス回路方式で高圧をコントロールすることができ、しかも過冷却回路１９に設けられている標準仕様の過冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２０を共用して高圧冷媒ガスのバイパス量を制御することができるため、専用の流量制御弁を追加設置することなく、低コスト化を図りながら、効率の良い高圧コントロールを行うことが可能となる。
なお、本実施形態の場合、高圧コントロール時、液冷媒に過冷却を付与することにより冷却能力を高めるという過冷却回路１９本来の機能は損なわれることになるが、低外気温下での運転のため、過冷却機能が喪失されても特に問題はない。
【００２６】
また、高圧コントロール用のバイパス回路２１が、過冷却熱交換器１８の出口側、すなわち吸入配管１１Ｃ側において過冷却回路１９に第１電磁弁２２および第２電磁弁２３からなる切替え手段を介して接続されているため、高圧コントロール時、バイパス回路２１を経て液冷媒配管ライン１１Ｂにバイパスされる高圧冷媒ガスを、過冷却熱交換器１８に流通させて凝縮液化された低温の高圧液冷媒と熱交換させ、温度を降下して液冷媒配管ライン１１Ｂにバイパスさせることができる。従って、液冷媒配管ライン１１Ｂに可溶栓６を備えたレシーバ７等が設けられている空冷ヒートポンプ１に適用しても、可溶栓６に対して熱影響を及ぼす事態等を回避することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態においては、過冷却回路１９と高圧コントロール用バイパス回路２１との切替え手段を、バイパス回路２１側に設けられた第１電磁弁２２と、バイパス回路２１の接続位置よりも吸入配管１１Ｃ側において過冷却回路２１に設けられた第２電磁弁２３とにより構成している。このため、切替え手段をＯＮ／ＯＦＦより簡易に切替えが可能でかつ安価な２個の第１および第２電磁弁２２，２３によって構成することができ、従って、バイパス回路２１を設けることによるコスト上昇を最小限とすることができるとともに、過冷却回路１９およびバイパス回路２１の２回路切替え機能の信頼性を確保することができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、高圧コントロール用のバイパス回路２１を過冷却熱交換器１８の吸入配管１１Ｃ側において過冷却回路１９に接続しているが、液冷媒配管ライン１１Ｂに可溶栓６が設けられていない回路の場合、その接続位置を過冷却熱交換器１８と過冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２０との間としてもよい。
【００２９】
また、上記実施形態では、過冷却回路１９とバイパス回路２１との切替え手段として２個の電磁弁２２，２３を用いた例について説明したが、この２個の電磁弁２２，２３を三方切替え弁により代替してもよい。更に、上記実施形態では、四方切換弁３を備え、冷却サイクルと加熱サイクルとに切換え可能な冷凍サイクル１２を備えた空冷ヒートポンプ１に適用した例について説明したが、冷却サイクル専用の空冷ヒートポンプにも同様に適用できることは云うまでもない。
【符号の説明】
【００３０】
１  空冷ヒートポンプ
４  熱源側空気熱交換器
５  加熱用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）
８  冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）
９  利用側冷媒／水熱交換器
１１  冷媒配管
１１Ａ  吐出配管
１１Ｂ  液冷媒配管ライン
１１Ｃ  吸入配管
１２  冷凍サイクル
１８  過冷却熱交換器
１９  過冷却回路
２０  過冷却用電子膨張弁（ＥＥＶＳＣ）
２１  高圧コントロール用バイパス回路
２２  第１電磁弁（切替え手段）
２３  第２電磁弁（切替え手段）
【図１】
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