JP6856470B2 - ヒートポンプ熱源機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、圧縮機の回転数が吐出側圧力センサと吸込側圧力センサのそれぞれの検出値に基づいて制御されるヒートポンプ熱源機に関する。

ヒートポンプ熱源機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルを備える。この冷凍サイクルの圧縮機と凝縮器との間（即ち圧縮機の吐出側）に吐出側圧力センサが、圧縮機と蒸発器との間（即ち圧縮機の吸込側）に吸込側圧力センサがそれぞれ設置されている。吐出側圧力センサが検出する圧縮機の吐出圧力の検出値と、吸込側圧力センサが検出する圧縮機の吸込圧力の検出値とに基づいて、圧縮機の回転数が制御される。

特許第５５１６４６６号公報

ところで、ヒートポンプ熱源機の製造時またはメンテナンス時に、吐出側圧力センサが圧縮機の吸込側に、吸込側圧力センサが圧縮機の吐出側に誤って取り付けられる場合がある。このような吐出側圧力センサと吸込側圧力センサの誤取付は、これらの圧力センサが同一仕様で構成されているときに生じ易い。

このような誤取付の場合には、圧縮機の回転数が過度に増大して制御されてしまう。このため、ヒートポンプ熱源機の加熱運転時には、圧縮機が過回転されることで吐出圧力が過大になり、且つ運転効率が低下する恐れがある。また、ヒートポンプ熱源機の冷房運転時には、圧縮機の過回転により蒸発器での冷媒の蒸発が過大になって、この冷媒と熱交換する水が凍結する恐れがある。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、圧縮機の吐出圧力と吸込圧力とをそれぞれ検出する吐出側圧力センサと吸込側圧力センサとの誤取付を正確に判定できるヒートポンプ熱源機を提供することを目的とする。

本発明の実施形態におけるヒートポンプ熱源機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルを備え、前記圧縮機と前記凝縮器との間に、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出側圧力センサが設置され、前記蒸発器と前記圧縮機との間に、前記圧縮機の吸込圧力を検出する吸込側圧力センサが設置され、前記吐出側圧力センサと前記吸込側圧力センサとがそれぞれ検出した検出値に基づいて前記圧縮機の回転数を制御する制御装置が設けられたヒートポンプ熱源機において、前記制御装置は取付異常判定手段を有し、この取付異常判定手段は、前記吐出側圧力センサの検出値が、前記吸込側圧力センサの検出値から所定値を引いた値未満である状態が一定時間継続したときに、前記吐出側圧力センサと前記吸込側圧力センサとが誤って取り付けられたと判定するものであり、前記所定値が、前記圧縮機の運転時における前記吐出圧力と前記吸込圧力との差圧のうち最も低い差圧である圧縮機運転時最低差圧であることを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、圧縮機の吐出圧力と吸込圧力とをそれぞれ検出する吐出側圧力センサと吸込側圧力センサとの誤取付を正確に判定できる。

一実施形態に係るヒートポンプ熱源機における加熱運転時の冷凍サイクル等を示す説明図。 図１のヒートポンプ熱源機における冷却運転時の冷凍サイクル等を示す説明図。 図１及び図２の制御装置における取付異常判定手段が実行する手順を示すフローチャート。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１は、一実施形態に係るヒートポンプ熱源機における加熱運転時の冷凍サイクル等を示す説明図である。また、図２は、図１のヒートポンプ熱源機における冷却運転時の冷凍サイクル等を示す説明図である。これらの図１及び図２に示すヒートポンプ熱源機１０は、圧縮機１２、四方弁１３、凝縮器（水熱交換器１４または空気熱交換器１５）、膨張弁１６、蒸発器（空気熱交換器１５または水熱交換器１４）、四方弁１３、及びアキュムレータ１７が冷媒配管１８により順次接続されて、冷媒Ａが循環する冷凍サイクル１１を有する。

つまり、冷凍サイクル１１は、四方弁１３の加熱運転切換位置では、図１に示すように、圧縮機１２、四方弁１３、凝縮器としての水熱交換器１４、膨張弁１６、蒸発器としての空気熱交換器１５、四方弁１３及びアキュムレータ１７が、冷媒配管１８により順次接続されて、冷媒Ａが環状に循環するよう構成される。また、冷凍サイクル１１は、四方弁１３の冷却運転切換位置では、図２に示すように、圧縮機１２、四方弁１３、凝縮器としての空気熱交換器１５、膨張弁１６、蒸発器としての水熱交換器１４、四方弁１３及びアキュムレータ１７が順次接続されて、冷媒Ａが環状に循環するよう構成される。

ここで、圧縮機１２は、冷媒Ａを圧縮して高温高圧状態として吐出する。この圧縮機１２の吐出圧力範囲は例えば０．５ＭＰａ〜４．２ＭＰａであり、吸込圧力範囲は例えば０．１５ＭＰａ〜２．０ＭＰａである。また、本実施形態に用いられる冷媒Ａは、例えばＲ４１０ＡまたはＲ３２等である。更に、膨張弁１６は、冷媒Ａを減圧して低温低圧状態とする。

水熱交換器１４は、冷媒Ａと水Ｂとの間で熱交換を行なうものであり、水配管１９を介して図示しない負荷に接続される。水熱交換器１４と負荷との間で水配管１９により水Ｂが循環する間に、この水Ｂが加熱または冷却される。空気熱交換器１５は、この空気熱交換器１５の近傍に配置された送風ファン（不図示）により導かれた空気と冷媒Ａとの間で熱交換を行なう。また、四方弁１３は、冷凍サイクル１１における冷媒Ａの流れを切り換えるものであり、前述の如く、加熱運転時と冷却運転時とで冷媒Ａの流れを切り換える。

次に、冷凍サイクル１１の加熱運転時における冷媒Ａの状態変化及び作用等を、図１を用いて説明する。圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒Ａは、四方弁１３を通り水熱交換器１４で水Ｂと熱交換して凝縮し、放熱により水Ｂを加熱する。水熱交換器１４にて凝縮した冷媒Ａは、膨張弁１６にて低温低圧状態に変化して空気熱交換器１５に流入する。低温低圧の冷媒Ａは、空気熱交換器１５で、送風ファンにより導かれた空気（外気）と熱交換して吸熱し蒸発する。この蒸発した冷媒Ａは、四方弁１３を経てアキュムレータ１７に流入した後に圧縮機１２に戻される。

また、冷凍サイクル１１の冷却運転時における冷媒Ａの状態変化及び作用等を、図２を用いて説明する。圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁１３を通り空気熱交換器１５で、送風ファンにより導かれた空気（外気）と熱交換して放熱し凝縮する。この空気熱交換器１５で凝縮した冷媒Ａは、膨張弁１６にて低温低圧状態に変化して水熱交換器１４に流入する。低温低圧の冷媒Ａは、水熱交換器１４において水Ｂと熱交換して蒸発し、吸熱により水Ｂを冷却する。この水熱交換器１４で蒸発した冷媒は、四方弁１３を通りアキュムレータ１７に流入した後に圧縮機１２に戻される。

図１及び図２に示すヒートポンプ熱源機１０は、更に、吐出側圧力センサ２１、吸込側圧力センサ２２及び制御装置２３を有し、この制御装置２３が取付異常判定手段２４を備える。

吐出側圧力センサ２１は、圧縮機１２と凝縮器としての水熱交換器１４または空気熱交換器１５との間、より具体的には圧縮機１２の吐出側と四方弁１３との間に設置されて、圧縮機１２の吐出圧力（即ち圧縮機１２から吐出される冷媒Ａの圧力）を検出する。また、吸込側圧力センサ２２は、圧縮機と蒸発器としての空気熱交換器１５または水熱交換器１４との間、より具体的には圧縮機１２の吸込側と四方弁１３との間に設置されて、圧縮機１２の吸込圧力（即ち圧縮機１２に吸い込まれる冷媒Ａの圧力）を検出する。本実施形態において、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２は同一仕様の圧力センサにて構成されている。

これらの吐出側圧力センサ２１及び吸込側圧力センサ２２にて検出された検出値（圧力検出値）は、制御装置２３に送信される。この制御装置２３は、前述の四方弁１３の切換操作を制御すると共に、吐出側圧力センサ２１、吸込側圧力センサ２２にて検出されたそれぞれの検出値に基づいて圧縮機１２の回転数を制御する。

つまり、制御装置２３は、ヒートポンプ熱源機１０の加熱運転時に、吐出側圧力センサ２１にて検出された検出値（吐出圧力）と冷媒特性とから、水熱交換器１４内での冷媒Ａの凝縮温度を推定する。そして、制御装置２３は、水熱交換器１４内での冷媒Ａの凝縮温度が所定範囲に収まるように、圧縮機１２の回転数を制御する。

また、制御装置２３は、ヒートポンプ熱源機１０の冷却運転時に、吸込側圧力センサ２２にて検出された検出値（吸込圧力）と冷媒特性とから、水熱交換器１４内での冷媒Ａの蒸発温度を推定する。そして、制御装置２３は、水熱交換器１４内で冷媒Ａの蒸発温度が過大に低下して水熱交換器１４内で水Ｂが凍結しないように、水熱交換器１４内での冷媒Ａの蒸発温度を適正範囲にすべく、圧縮機１２の回転数を制御する。

前述の制御装置２３の取付異常判定手段２４は、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが誤って取り付けられたことを判定するものである。本来、吐出側圧力センサ２１は圧縮機１２の吐出側に、吸込側圧力センサ２２は圧縮機１２の吸込側にそれぞれ取り付けられて設置される。ところが、ヒートポンプ熱源機１０の製造時やメンテナンス時に、吐出側圧力センサ２１が圧縮機１２の吸込側に、吸込側圧力センサ２２が圧縮機１２の吐出側に誤って取り付けられる場合がある。この誤取付は、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが同一仕様の圧力センサである場合に生じ易い。この場合にも、制御装置２３は、誤取付された吐出側圧力センサ２１、吸込側圧力センサ２２からの検出値に基づいて圧縮機１２の回転数を制御することになる。

取付異常判定手段２４は、圧縮機１２が運転開始後所定時間（例えば１０分間）経過して、圧縮機１２の吐出圧力及び吸込圧力が安定した状態で、吐出側圧力センサ２１の検出値が、吸込側圧力センサ２２の検出値から所定値を引いた値未満である状態が一定時間継続したときに、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが誤って取り付けられたと判定する。

つまり、圧縮機１２の吐出圧力及び吸込圧力が安定したときの吐出側圧力センサ２１の検出値をＰｄとし、吸込側圧力センサ２２の検出値をＰｓとする。所定値として、圧縮機１２の運転時における吐出圧力と吸込圧力との差圧のうち最も低い差圧である圧縮機運転時最低差圧ΔＰを用いる。このとき、取付異常判定手段２４は、
Ｐｄ＜Ｐｓ−ΔＰ…（１）
が一定時間（例えば５分間）継続した場合に、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが誤って取り付けられたとして取付異常を判定する。取付異常判定手段２４は、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２の誤取付による取付異常を判定した場合には、その誤取付である旨を表示装置２５に表示させる。

式（１）において、吐出側圧力センサ２１が圧縮機１２の吐出側に、吸込側圧力センサ２２が圧縮機１２の吸込側に適正に取り付けられている場合、吐出側圧力センサ２１の検出値Ｐｄは、吸込側圧力センサ２２の検出値Ｐｓよりも高くなるが、圧縮機１２の運転状態によっては略等しくなる場合がある。この点を考慮して、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２の誤取付を確実に判定するために、式（１）では、吐出側圧力センサ２１の検出値Ｐｄと、吸込側圧力センサ２２の検出値Ｐｓから圧縮機運転時最低差圧ΔＰを引いた値とを比較している。この圧縮機運転時最低差圧ΔＰは、圧縮機１２の吐出圧力及び吸込圧力等に基づいて０．１ＭＰａ〜０．４ＭＰａの範囲の値、例えば０．２ＭＰａが用いられる。

上述の制御装置２３の取付異常判定手段２４における判定手順を、図３のフローチャートを用いて説明する。
取付異常判定手段２４は、圧縮機１２の運転開始（Ｓ１）から、圧縮機１２の吐出圧力及び吸込圧力が安定する所定時間（例えば１０分間）が経過したか否かを判定する（Ｓ２）。

ステップＳ２の所定時間（例えば１０分間）が経過した時点で、取付異常判定手段２４は、吐出側圧力センサ２１の検出値Ｐｄが、吸込側圧力センサ２２の検出値Ｐｓから圧縮機運転時最低差圧ΔＰを引いた値未満であるか否かを判定する（Ｓ３）。このステップＳ３でＮｏの場合、取付異常判定手段２４は、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが適正（正常）に取り付けられていると判定する（Ｓ４）。

ステップＳ３でＹｅｓの場合、取付異常判定手段２４は、ステップＳ３の状態が一定時間（例えば５分間）継続しているか否かを判定する（Ｓ５）。異常判定手段２４は、ステップＳ５において、ステップＳ３の状態が一定時間（例えば５分間）継続していない場合には再度ステップＳ３を実行し、継続している場合には、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが誤って取り付けられたとして取付異常を判定する。（Ｓ６）。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）図１〜図３に示すように、制御装置２３の取付異常判定手段２４は、吐出側圧力センサ２１の検出値Ｐｄが、吸込側圧力センサ２２の検出値Ｐｓから圧縮機運転時最低差圧ΔＰを引いた値未満である状態が一定時間（例えば５分間）継続したときに、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが誤って取り付けられたとして取付異常を判定する。従って、この取付異常判定手段２４の存在によって、ヒートポンプ熱源機１０の製造時やメンテナンス時に、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが誤って取り付けられた場合でも、その取付異常である誤取付を正確に判定して対処できる。

（２）吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２とが同一仕様の圧力センサにより構成されたので、吐出側圧力センサ２１及び吸込側圧力センサ２２のコストを低減できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、本実施形態では、吐出側圧力センサ２１と吸込側圧力センサ２２は、同一仕様の圧力センサの場合を述べたが、異なった仕様の圧力センサであってもよい。

１０…ヒートポンプ熱源機、１１…冷凍サイクル、１２…圧縮機、１４…水熱交換器（凝縮器、蒸発器）、１５…空気熱交換器（蒸発器、凝縮器）、１６…膨張弁、１８…冷媒配管、２１…吐出側圧力センサ、２２…吸込側圧力センサ、２３…制御装置、２４…取付異常判定手段、Ｐｄ、Ｐｓ…検出値、ΔＰ…圧縮機運転時最低差圧（所定値）。

Claims (3)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルを備え、
   前記圧縮機と前記凝縮器との間に、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出側圧力センサが設置され、前記蒸発器と前記圧縮機との間に、前記圧縮機の吸込圧力を検出する吸込側圧力センサが設置され、
   前記吐出側圧力センサと前記吸込側圧力センサとがそれぞれ検出した検出値に基づいて前記圧縮機の回転数を制御する制御装置が設けられたヒートポンプ熱源機において、
   前記制御装置は取付異常判定手段を有し、この取付異常判定手段は、前記吐出側圧力センサの検出値が、前記吸込側圧力センサの検出値から所定値を引いた値未満である状態が一定時間継続したときに、前記吐出側圧力センサと前記吸込側圧力センサとが誤って取り付けられたと判定するものであり、
   前記所定値が、前記圧縮機の運転時における前記吐出圧力と前記吸込圧力との差圧のうち最も低い差圧である圧縮機運転時最低差圧であることを特徴とするヒートポンプ熱源機。
2. 前記圧縮機運転時最低差圧は、０．１ＭＰａ〜０．４ＭＰａの範囲の値であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ熱源機。
3. 前記圧縮機運転時最低差圧は、０．２ＭＰａであることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ熱源機。

Images