JP2012063066A

JP2012063066A - Vapor compression type heat pump and method of controlling the same

Info

Publication number: JP2012063066A
Application number: JP2010207104A
Authority: JP
Inventors: Kimio Akazawa; 公雄赤澤; Akira Fukushima; 亮福島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP5649388B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor compression type heat pump which can keep a temperature of a heat medium supplied to an external load, at a proper value.SOLUTION: In the vapor compression type heat pump 1 including IGV 21 for regulating a flow rate of the refrigerant flowing into a compressor 3, a heat production heat exchanger 6 for heating warm water supplied to the external load by the refrigerant compressed by the compressor 3, an expansion valve 9 for expanding the refrigerant guided from the heat production heat exchanger 6, an evaporator 5 for evaporating the refrigerant guided from the expansion valve 9 by heat exchange with heat source water, and a control part 7 for controlling a rotational frequency of the compressor 3, an opening of the IGV 21 and an opening of the expansion valve 9, the control part 7 controls the rotational frequency of the compressor 3 on the basis of a warm water outlet temperature Tb in the heat production heat exchanger 6 while approximately fully opening the IGV 21, in a case when the refrigerant is compressed to a supercritical state by the compressor 3.

Description

本発明は、温熱を出力する蒸気圧縮式ヒートポンプおよびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a vapor compression heat pump that outputs warm heat and a control method thereof.

従来より、ヒートポンプサイクルによって温水（温熱）を供給する蒸気圧縮式ヒートポンプが知られている。このようなヒートポンプでは、例えば下記特許文献１に示すように、圧縮機にて圧縮した後の吐出冷媒が超臨界状態となることがある。当該特許文献１に記載されたヒートポンプは、いわゆるパッケージエアコンを前提としており、圧縮機としてはスクロール圧縮機やロータリ圧縮機等の容量式圧縮機を用いている。容量式圧縮機を用いる場合には、出力熱量の制御は圧縮機の回転数によって制御することができる。
一方、特許文献２に示すように、パッケージエアコンよりも大きな容量の熱源機として遠心圧縮機（ターボ圧縮機）を用いたヒートポンプが知られている。この場合、パッケージエアコンのスクロール圧縮機やロータリ圧縮機等の容量式圧縮機と異なり、遠心圧縮機の回転数は、その圧縮方式の性質上、一般には出力熱量の制御を主たる制御対象とせず、冷媒の高低圧差であるヘッド差を主たる制御対象とし、出力熱量の制御は吸込冷媒流量調整手段（例えばインレットガイドベーン（ＩＧＶ））で行っている。 Conventionally, a vapor compression heat pump that supplies hot water (hot heat) by a heat pump cycle is known. In such a heat pump, for example, as shown in Patent Document 1 below, the refrigerant discharged after being compressed by a compressor may be in a supercritical state. The heat pump described in Patent Document 1 is based on a so-called packaged air conditioner, and uses a capacity type compressor such as a scroll compressor or a rotary compressor as a compressor. When a capacity type compressor is used, the amount of output heat can be controlled by the rotation speed of the compressor.
On the other hand, as shown in Patent Document 2, a heat pump using a centrifugal compressor (turbo compressor) is known as a heat source device having a larger capacity than a packaged air conditioner. In this case, unlike capacity compressors such as scroll compressors and rotary compressors of packaged air conditioners, the rotational speed of the centrifugal compressor is generally not controlled mainly by the control of the output heat amount due to the nature of the compression method, The head difference that is the difference between the high and low pressures of the refrigerant is the main control target, and the output heat quantity is controlled by suction refrigerant flow rate adjusting means (for example, an inlet guide vane (IGV)).

特開２００８−６４４３９号公報JP 2008-64439 A 特開２００７−２２５１４０号公報JP 2007-225140 A

しかし、遠心圧縮機によって冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合には、出力熱量の要求が大きく吸込冷媒流量調整手段が略全開とされており、吸込冷媒流量調整手段による出力熱量の制御が困難となっていた。したがって、高圧冷媒が超臨界状態となる場合には、外部負荷へ提供する温熱媒体温度を適正値に保つことが困難となる。
このため、温熱媒体の入口温度変化、温熱媒体の流量変化、熱源媒体の入口温度変化、低圧側の熱源媒体の流量変化、ヒートポンプの設置環境に依存する雰囲気温度変化等のサイクルの外乱が生じると安定した運転を確保することができないという問題がある。 However, when the refrigerant is compressed to the supercritical state by the centrifugal compressor, the demand for the output heat amount is large, and the suction refrigerant flow rate adjusting means is almost fully opened, and it is difficult to control the output heat amount by the suction refrigerant flow rate adjusting means. It was. Therefore, when the high-pressure refrigerant is in a supercritical state, it is difficult to keep the temperature of the heating medium provided to the external load at an appropriate value.
For this reason, if there is a cycle disturbance, such as a change in the temperature of the inlet of the heating medium, a change in the flow rate of the heating medium, a change in the inlet temperature of the heat source medium, a change in the flow rate of the heat source medium on the low-pressure side, There is a problem that stable operation cannot be secured.

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、外部負荷へ提供する温熱媒体温度を適正値に保つことができる蒸気圧縮式ヒートポンプおよびその制御方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the vapor | steam compression heat pump which can maintain the thermal-medium temperature provided to external load to an appropriate value, and its control method. .

上記課題を解決するために、本発明の蒸気圧縮式ヒートポンプおよびその制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる蒸気圧縮式ヒートポンプは、冷媒を圧縮する遠心圧縮機と、該遠心圧縮機へ流入する冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段と、前記遠心圧縮機によって圧縮された冷媒により外部負荷へと提供する温熱媒体を加熱する温熱生成熱交換器と、該温熱生成熱交換器から導かれた冷媒を膨張させる膨張弁と、前記遠心圧縮機の回転数、前記吸込冷媒流量調整手段の開度、及び、前記膨張弁の開度を制御する制御部とを備えた蒸気圧縮式ヒートポンプにおいて、前記制御部は前記遠心圧縮機によって前記冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合に、前記吸込冷媒流量調整手段の開度を略全開とした上で、前記温熱生成熱交換器における前記温熱媒体の出口温度に基づいて前記遠心圧縮機の回転数を制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the vapor compression heat pump and the control method thereof according to the present invention employ the following means.
That is, the vapor compression heat pump according to the present invention includes a centrifugal compressor that compresses the refrigerant, a suction refrigerant flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing into the centrifugal compressor, and the refrigerant compressed by the centrifugal compressor. A heat generating heat exchanger that heats the heat medium provided to an external load, an expansion valve that expands the refrigerant guided from the heat generating heat exchanger, the rotational speed of the centrifugal compressor, and the suction refrigerant flow rate adjustment In the vapor compression heat pump provided with a control unit that controls the opening degree of the means and the opening degree of the expansion valve, the control unit, when the refrigerant is compressed to a supercritical state by the centrifugal compressor, The rotational speed of the centrifugal compressor is controlled based on the outlet temperature of the thermal medium in the thermal heat generation heat exchanger after the opening degree of the suction refrigerant flow rate adjusting means is substantially fully opened. That.

スクロール圧縮機やロータリ圧縮機等の容量式圧縮機と異なり、遠心圧縮機の回転数は、その圧縮方式の性質上、一般には出力熱量の制御を主たる制御対象とせず、冷媒の高低圧差であるヘッド差を主たる制御対象とし、出力熱量の制御は吸込冷媒流量調整手段（例えばインレットガイドベーン（ＩＧＶ））で行っている。しかし、遠心圧縮機によって冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合には、出力熱量の要求が大きく吸込冷媒流量調整手段が略全開とされており、吸込冷媒流量調整手段による出力熱量の制御が困難となっていた。そこで、本発明では、冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合には、吸込冷媒流量調整手段の開度を略全開とした上で、温熱生成熱交換器における温熱媒体の出口温度に基づいて遠心圧縮機の回転数を制御することにより出力熱量を制御することとした。例えば、温熱媒体の出口温度が目標値よりも低い場合は遠心圧縮機の回転数を増加させ、温熱媒体の出口温度が目標値よりも高い場合は遠心圧縮機の回転数を減少させる。
これにより、外部負荷の直接的な要求量である温熱媒体の出口温度を制御できる（温熱媒体温度制御）ので、温熱媒体の入口温度変化、温熱媒体の流量変化、熱源媒体の入口温度変化、熱源媒体の流量変化、雰囲気温度変化等のサイクルの外乱に影響されずに高品質の温熱媒体を外部負荷に提供することができる。 Unlike capacity compressors such as scroll compressors and rotary compressors, the rotational speed of centrifugal compressors is generally not controlled mainly by the control of output heat due to the nature of the compression method, but is the difference between the high and low pressures of the refrigerant. The head difference is the main control target, and the output heat quantity is controlled by suction refrigerant flow rate adjusting means (for example, an inlet guide vane (IGV)). However, when the refrigerant is compressed to the supercritical state by the centrifugal compressor, the demand for the output heat amount is large, and the suction refrigerant flow rate adjusting means is almost fully opened, and it is difficult to control the output heat amount by the suction refrigerant flow rate adjusting means. It was. Therefore, in the present invention, when the refrigerant is compressed to the supercritical state, the opening degree of the suction refrigerant flow rate adjusting means is fully opened, and the centrifugal operation is performed based on the outlet temperature of the heating medium in the heat generating heat exchanger. The amount of output heat was controlled by controlling the rotation speed of the compressor. For example, when the outlet temperature of the heating medium is lower than the target value, the rotational speed of the centrifugal compressor is increased, and when the outlet temperature of the heating medium is higher than the target value, the rotational speed of the centrifugal compressor is decreased.
As a result, the outlet temperature of the heating medium, which is a directly required amount of the external load, can be controlled (heating medium temperature control). A high-quality heating medium can be provided to an external load without being affected by a cycle disturbance such as a change in the flow rate of the medium and a change in ambient temperature.

さらに、前記制御部は、ヒートポンプサイクルにおける前記冷媒の高低圧力差であるヘッド差を前記膨張弁の開度によって制御することを特徴とする。 Furthermore, the said control part controls the head difference which is the high and low pressure difference of the said refrigerant | coolant in a heat pump cycle with the opening degree of the said expansion valve, It is characterized by the above-mentioned.

上述の発明において遠心圧縮機の回転数によって出口温熱媒体温度を制御して出力熱量を制御することとした上で、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の高低圧力差であるヘッド差を膨張弁の開度によって制御することとした。すなわち、従来の一般の遠心圧縮機を用いたヒートポンプでは遠心圧縮機の回転数によってヘッド差を制御することとしていたが、本発明では遠心圧縮機の回転数によって出口温熱媒体温度を制御することとしたので、ヘッド差は膨張弁によって制御することとした（膨張弁ヘッド差制御）。膨張弁によってヘッド差を制御することにより、温熱生成熱交換器における圧力を所望値に維持することができるので、温熱生成熱交換器内部に保有する冷媒量を適性に制御することとなり、安定的なヒートポンプサイクルを実現できる。 In the above-described invention, the output heat quantity is controlled by controlling the temperature of the outlet heating medium according to the number of revolutions of the centrifugal compressor, and the head difference, which is the pressure difference of the refrigerant in the heat pump cycle, is controlled by the opening degree of the expansion valve. It was decided to. That is, in the heat pump using a conventional general centrifugal compressor, the head difference is controlled by the rotational speed of the centrifugal compressor, but in the present invention, the outlet heating medium temperature is controlled by the rotational speed of the centrifugal compressor. Therefore, the head difference is controlled by the expansion valve (expansion valve head difference control). By controlling the head difference with the expansion valve, the pressure in the heat generation heat exchanger can be maintained at a desired value, so that the amount of refrigerant held in the heat generation heat exchanger will be controlled appropriately and stable. Heat pump cycle can be realized.

さらに、前記制御部は、前記温熱生成熱交換器における入口温熱媒体温度と出口冷媒温度との差が所望値となるように前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする。 Furthermore, the control unit controls the opening degree of the expansion valve so that a difference between the inlet heat medium temperature and the outlet refrigerant temperature in the heat generating heat exchanger becomes a desired value.

膨張弁の開度によってヘッド差を制御する際に、温熱生成熱交換器における入口温熱媒体温度と出口冷媒温度との差が所望値となるように制御することとした。これにより、温熱生成熱交換器内部に保有する冷媒量を適性に制御することとなり、安定的なヒートポンプサイクルを実現できる。
例えば、入口温熱媒体温度と出口冷媒温度との温度差が所望値よりも小さい場合は高圧が上昇気味であると判断して膨張弁開度を大きくし、入口温熱媒体温度と出口冷媒温度との温度差が所望値よりも大きい場合は高圧が不足気味であると判断して膨張弁開度を小さくする。 When the head difference is controlled by the opening degree of the expansion valve, the difference between the inlet heating medium temperature and the outlet refrigerant temperature in the hot heat generating heat exchanger is controlled to a desired value. Thereby, the refrigerant | coolant amount hold | maintained inside a thermal-heat production | generation heat exchanger will be controlled appropriately, and a stable heat pump cycle is realizable.
For example, when the temperature difference between the inlet heating medium temperature and the outlet refrigerant temperature is smaller than the desired value, it is determined that the high pressure is likely to rise, and the expansion valve opening is increased, and the difference between the inlet heating medium temperature and the outlet refrigerant temperature is increased. If the temperature difference is larger than the desired value, it is determined that the high pressure is insufficient, and the expansion valve opening is reduced.

さらに、前記制御部は、前記遠心式圧縮機の吐出冷媒圧力、前記遠心圧縮機の吐出冷媒温度、前記遠心圧縮機の吸込冷媒温度、前記吐出冷媒圧力と前記遠心圧縮機の吸込冷媒圧力との差圧、前記吐出冷媒温度と前記吸込冷媒温度との温度差、及び、前記蒸発器における蒸発温度のうちのいずれか１つ又は複数を用いて、所望値となるように前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする。 Further, the control unit includes: a discharge refrigerant pressure of the centrifugal compressor; a discharge refrigerant temperature of the centrifugal compressor; a suction refrigerant temperature of the centrifugal compressor; and the discharge refrigerant pressure and the suction refrigerant pressure of the centrifugal compressor. The opening degree of the expansion valve is set to a desired value by using any one or more of a differential pressure, a temperature difference between the discharge refrigerant temperature and the suction refrigerant temperature, and an evaporation temperature in the evaporator. It is characterized by controlling.

吐出冷媒圧力、吐出冷媒温度、吸込冷媒温度、吐出冷媒圧力と吸込冷媒圧力との差圧、吐出冷媒温度と吸込冷媒温度との温度差、蒸発温度のいずれかを用いることにより、温熱生成熱交換器における冷媒の圧力を間接的に得ることができる。したがって、これらの値のいずれかを用いることにより、温熱生成熱交換器内部に保有する冷媒量を適性に制御することとなり、安定的なヒートポンプサイクルを実現できる。 Heat generation heat exchange by using any one of discharge refrigerant pressure, discharge refrigerant temperature, suction refrigerant temperature, differential pressure between discharge refrigerant pressure and suction refrigerant pressure, temperature difference between discharge refrigerant temperature and suction refrigerant temperature, and evaporation temperature The refrigerant pressure in the vessel can be obtained indirectly. Therefore, by using any of these values, the amount of refrigerant held in the heat generation heat exchanger is appropriately controlled, and a stable heat pump cycle can be realized.

さらに、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒圧力が第１圧力閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を増加させずに固定することを特徴とする。 Further, the control unit fixes the centrifugal compressor without increasing the rotation speed when the refrigerant discharge pressure of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor reaches a first pressure threshold. And

温熱生成熱交換器における温熱媒体の出口温度に基づいて遠心圧縮機の回転数を制御していくと、遠心圧縮機の回転数が上がるとともに吐出冷媒圧力も上がりすぎて機器の耐圧を超えるおそれがある。そこで、吐出冷媒圧力が第１圧力閾値に達した場合には、遠心圧縮機の回転数を増加させずに固定することとした（吐出圧力制御）。
また、このように遠心圧縮機の回転数を固定することとしたので、遠心圧縮機の回転数による温熱媒体温度の制御（温熱媒体温度制御）が停止されることになる。これにより、吐出圧力制御と温熱媒体温度制御との干渉がなくなり、安定にシステムを運転することができる。 If the rotation speed of the centrifugal compressor is controlled based on the outlet temperature of the heating medium in the heat generating heat exchanger, the rotation speed of the centrifugal compressor increases and the discharge refrigerant pressure also increases, which may exceed the pressure resistance of the equipment. is there. Therefore, when the discharge refrigerant pressure reaches the first pressure threshold, the centrifugal compressor is fixed without increasing the rotation speed (discharge pressure control).
In addition, since the rotational speed of the centrifugal compressor is fixed as described above, the control of the heating medium temperature (heating medium temperature control) based on the rotational speed of the centrifugal compressor is stopped. Thereby, there is no interference between the discharge pressure control and the heating medium temperature control, and the system can be operated stably.

さらに、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒圧力が前記第１圧力閾値を超えて第２圧力閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を減少させることを特徴とする。 Further, the control unit decreases the rotational speed of the centrifugal compressor when the discharge refrigerant pressure of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor exceeds the first pressure threshold and reaches the second pressure threshold. It is characterized by making it.

吐出冷媒圧力が第１圧力閾値を超えて第２圧力閾値まで達した場合には、遠心圧縮機の回転数を減少させることにより、さらに機器の保護を図ることとした。 When the discharged refrigerant pressure exceeds the first pressure threshold and reaches the second pressure threshold, the device is further protected by reducing the number of revolutions of the centrifugal compressor.

さらに、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒圧力が第３圧力閾値に達した場合には、前記膨張弁の開度を増加させることを特徴とする。 Further, the control unit increases the opening degree of the expansion valve when a discharge refrigerant pressure of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor reaches a third pressure threshold.

吐出冷媒圧力が第３圧力閾値に達した場合には、機器保護のため、膨張弁開度を増加させることにより、冷媒吐出圧力を低下させることとした。
第３圧力閾値としては、上述の第１圧力閾値と同等とすることが好ましい。 When the discharge refrigerant pressure reaches the third pressure threshold value, the refrigerant discharge pressure is decreased by increasing the opening degree of the expansion valve in order to protect the equipment.
The third pressure threshold is preferably equal to the first pressure threshold described above.

さらに、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が第１温度閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を増加させずに固定することを特徴とする。 Furthermore, the controller is configured to fix the centrifugal compressor without increasing the number of revolutions when the discharged refrigerant temperature of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor reaches a first temperature threshold value. And

温熱生成熱交換器における温熱媒体の出口温度に基づいて遠心圧縮機の回転数を制御していくと、遠心圧縮機の回転数が上がるとともに吐出冷媒温度も上がりすぎて機器の耐温を超えるおそれがある。そこで、吐出冷媒温度が第１温度閾値に達した場合には、遠心圧縮機の回転数を増加させずに固定することとした（吐出温度制御）。
また、このように遠心圧縮機の回転数を固定することとしたので、遠心圧縮機の回転数による温熱媒体温度の制御（温熱媒体温度制御）が停止されることになる。これにより、吐出圧力制御と温熱媒体温度制御との干渉がなくなり、安定にシステムを運転することができる。 If the rotation speed of the centrifugal compressor is controlled based on the outlet temperature of the heating medium in the heat generation heat exchanger, the rotation speed of the centrifugal compressor increases and the discharge refrigerant temperature increases too much, which may exceed the temperature resistance of the equipment. There is. Therefore, when the discharge refrigerant temperature reaches the first temperature threshold, the centrifugal compressor is fixed without increasing the rotation speed (discharge temperature control).
In addition, since the rotational speed of the centrifugal compressor is fixed as described above, the control of the heating medium temperature (heating medium temperature control) based on the rotational speed of the centrifugal compressor is stopped. Thereby, there is no interference between the discharge pressure control and the heating medium temperature control, and the system can be operated stably.

さらに、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が前記第１温度閾値を超えて第２温度閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を減少させることを特徴とする。 Further, the control unit decreases the rotational speed of the centrifugal compressor when the discharged refrigerant temperature of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor exceeds the first temperature threshold and reaches the second temperature threshold. It is characterized by making it.

吐出冷媒温度が第１温度閾値を超えて第２温度閾値まで達した場合には、遠心圧縮機の回転数を減少させることにより、さらに機器の保護を図ることとした。 When the discharge refrigerant temperature exceeds the first temperature threshold and reaches the second temperature threshold, the device is further protected by reducing the number of revolutions of the centrifugal compressor.

さらに、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が第３温度閾値に達した場合には、前記膨張弁の開度を増加させることを特徴とする。 Furthermore, the control unit increases the opening degree of the expansion valve when a discharge refrigerant temperature of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor reaches a third temperature threshold value.

吐出冷媒圧力が第３温度閾値に達した場合には、機器保護のため、膨張弁開度を増加させることにより、冷媒吐出圧力を低下させて吐出冷媒温度を下げることとした。
第３温度閾値としては、上述の第１温度閾値と同等とすることが好ましい。 When the discharge refrigerant pressure reaches the third temperature threshold value, the refrigerant discharge pressure is lowered and the discharge refrigerant temperature is lowered by increasing the expansion valve opening degree to protect the equipment.
The third temperature threshold is preferably equivalent to the first temperature threshold described above.

さらに、前記温熱生成熱交換器から前記蒸発器へと向かう冷媒と、前記蒸発器から前記遠心圧縮機へと向かう冷媒とを熱交換させるインタークーラ、及び、前記温熱生成熱交換器から前記インタークーラへ向かう冷媒をバイパスさせて前記蒸発器へと導くインタークーラバイパス流路に設けられたインタークーラバイパス弁を備え、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が所定値以上となった場合には、前記インタークーラバイパス弁の開度を増加させることを特徴とする。 Further, an intercooler for exchanging heat between the refrigerant from the heat generating heat exchanger to the evaporator and the refrigerant from the evaporator to the centrifugal compressor, and from the heat generating heat exchanger to the intercooler An intercooler bypass valve provided in an intercooler bypass flow path that bypasses the refrigerant directed to the evaporator and leads to the evaporator, and the control unit has a predetermined discharge refrigerant temperature of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor When it becomes more than the value, the opening degree of the intercooler bypass valve is increased.

インタークーラバイパス弁の開度を増加させることにより、インタークーラにおける交換熱量が小さくなり吸込冷媒温度が下がり、結果として吐出冷媒温度を下げることができる。 By increasing the opening degree of the intercooler bypass valve, the amount of heat exchanged in the intercooler is reduced, and the suction refrigerant temperature is lowered. As a result, the discharge refrigerant temperature can be lowered.

さらに、前記制御部は、請求項１により得られた前記遠心圧縮機の回転数と、請求項５または６あるいは請求項８または９によって得られた前記遠心圧縮機の回転数とが入力され、過去の入力値を積分して最終回転数を出力する積分器を備えていることを特徴とする。 Further, the control unit receives the rotational speed of the centrifugal compressor obtained by claim 1 and the rotational speed of the centrifugal compressor obtained by claim 5 or 6 or claim 8 or 9, An integrator that integrates past input values and outputs a final rotational speed is provided.

請求項１の温熱媒体温度制御に基づいて得られた回転数と、請求項５または６の吐出圧力制御によって得られた回転数あるいは請求項８または９の吐出温度制御によって得られた回転数とが入力される積分器を設け、最終段にて積分演算を行うこととしたので、温熱媒体温度制御、吐出圧力制御、吐出温度制御にかかわらず回転数を連続的に制御することができる。 The rotational speed obtained based on the heating medium temperature control of claim 1 and the rotational speed obtained by the discharge pressure control of claim 5 or 6, or the rotational speed obtained by the discharge temperature control of claim 8 or 9. Since the integration calculation is performed at the final stage, the rotation speed can be continuously controlled regardless of the heating medium temperature control, the discharge pressure control, and the discharge temperature control.

さらに、前記制御部は、請求項２から４のいずれかにより得られた前記膨張弁の開度と、請求項７または１０によって得られた膨張弁の開度とが入力され、過去の入力値を積分して最終開度を出力する積分器を備えていることを特徴とする。 Further, the control unit is inputted with the opening degree of the expansion valve obtained by any one of claims 2 to 4 and the opening degree of the expansion valve obtained by claim 7 or 10, and a past input value. And an integrator for outputting the final opening degree.

請求項２から４のいずれかに記載の膨張弁ヘッド差制御に基づいて得られた膨張弁開度と、請求項７の吐出圧力制御によって得られた膨張弁開度または請求項１０の吐出温度制御によって得られた膨張弁開度とが入力される積分器を設け、最終段にて積分演算を行うこととしたので、膨張弁ヘッド差制御、吐出圧力制御、吐出温度制御にかかわらず膨張弁開度を連続的に制御することができる。 The expansion valve opening degree obtained based on the expansion valve head difference control according to any one of claims 2 to 4, the expansion valve opening degree obtained by the discharge pressure control according to claim 7, or the discharge temperature according to claim 10. Since an integrator that inputs the expansion valve opening obtained by the control is provided and integration calculation is performed in the final stage, the expansion valve is controlled regardless of expansion valve head difference control, discharge pressure control, and discharge temperature control. The opening degree can be continuously controlled.

さらに、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の一部を前記蒸発器の下流側へと導くホットガスバイパス流路に設けられたホットガスバイパス弁を備え、前記外部負荷へと出力する出力熱量が所定値以下となった場合に、前記ホットガスバイパス弁の開度を増加させることを特徴とする。 Further, an output calorie output to the external load is provided with a hot gas bypass valve provided in a hot gas bypass passage for guiding a part of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor to the downstream side of the evaporator When the temperature becomes equal to or less than a predetermined value, the opening degree of the hot gas bypass valve is increased.

外部負荷への出力熱量が所定値以下となった場合に、ホットガスバイパス弁の開度を増加させることにより、低負荷時であっても冷媒循環量を確保することができる。これにより、圧縮機がサージまたは旋回失速に陥ることを回避できる。
また、ホットガスバイパス弁の開度については、外部負荷が増加してホットガスバイパス弁を閉めていくときの開度のスケジュールと、外部負荷が減少してホットガスバイパス弁を開けていくときの開度のスケジュールを異ならせてヒステリシスを持たせることが更に好ましい。これにより、システムに大きな影響を与えるホットガスバイパス弁の開度変更を少なくし、安定的にシステムを運転することができる。 When the amount of heat output to the external load becomes equal to or less than a predetermined value, the amount of refrigerant circulation can be ensured even when the load is low by increasing the opening of the hot gas bypass valve. Thereby, it can avoid that a compressor falls into a surge or a rotation stall.
As for the opening of the hot gas bypass valve, the schedule of the opening when the external load increases and the hot gas bypass valve closes, and the opening of the hot gas bypass valve when the external load decreases and opens More preferably, the opening schedule is varied to provide hysteresis. As a result, it is possible to reduce the change in the opening degree of the hot gas bypass valve that greatly affects the system and to stably operate the system.

また、本発明の蒸気圧縮式ヒートポンプの制御方法は、冷媒を圧縮する遠心圧縮機と、該遠心圧縮機へ流入する冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段と、前記遠心圧縮機によって圧縮された冷媒により外部負荷へと提供する温熱媒体を加熱する温熱生成熱交換器と、該温熱生成熱交換器から導かれた冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁から導かれた冷媒を熱源媒体との熱交換によって蒸発させる蒸発器と、前記遠心圧縮機の回転数、前記吸込冷媒流量調整手段の開度、及び、前記膨張弁の開度を制御する制御部とを備えた蒸気圧縮式ヒートポンプの制御方法において、前記制御部は、前記遠心圧縮機によって前記冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合に、前記吸込冷媒流量調整手段の開度を略全開とした上で、前記温熱生成熱交換器における前記温熱媒体の出口温度に基づいて前記遠心圧縮機の回転数を制御することを特徴とする。 Further, the control method of the vapor compression heat pump of the present invention is compressed by the centrifugal compressor for compressing the refrigerant, the suction refrigerant flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing into the centrifugal compressor, and the centrifugal compressor. A heat generating heat exchanger that heats the heat medium provided to the external load by the refrigerant, an expansion valve that expands the refrigerant guided from the heat generating heat exchanger, and the refrigerant guided from the expansion valve as the heat source medium Vapor compression heat pump comprising: an evaporator that evaporates by heat exchange with the control unit; and a control unit that controls the rotational speed of the centrifugal compressor, the opening degree of the suction refrigerant flow rate adjusting means, and the opening degree of the expansion valve In the control method, when the refrigerant is compressed to a supercritical state by the centrifugal compressor, the controller generates the heat generation heat exchange with the opening of the suction refrigerant flow rate adjusting means being substantially fully opened. vessel And controlling the rotational speed of the centrifugal compressor based on the outlet temperature of definitive the heating medium.

スクロール圧縮機やロータリ圧縮機等の容量式圧縮機と異なり、遠心圧縮機の回転数は、その圧縮方式の性質上、一般には出力熱量の制御を主たる制御対象とせず、冷媒の高低圧差であるヘッド差を主たる制御対象とし、出力熱量の制御は吸込冷媒流量調整手段（例えばインレットガイドベーン（ＩＧＶ））で行っている。しかし、遠心圧縮機によって冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合には、出力熱量の要求が大きく吸込冷媒流量調整手段が略全開とされており、吸込冷媒流量調整手段による出力熱量の制御が困難となっていた。そこで、本発明では、冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合には、吸込冷媒流量調整手段の開度を略全開とした上で、温熱生成熱交換器における温熱媒体の出口温度に基づいて遠心圧縮機の回転数を制御することにより出力熱量を制御することとした。例えば、温熱媒体の出口温度が目標値よりも低い場合は遠心圧縮機の回転数を増加させ、温熱媒体の出口温度が目標値よりも高い場合は遠心圧縮機の回転数を減少させる。
これにより、外部負荷の直接的な要求量である温熱媒体の出口温度を制御できる（温熱媒体温度制御）ので、温熱媒体の入口温度変化、温熱媒体の流量変化、熱源媒体の入口温度変化、熱源媒体の流量変化、雰囲気温度変化等のサイクルの外乱に影響されずに高品質の温熱媒体を外部負荷に提供することができる。 Unlike capacity compressors such as scroll compressors and rotary compressors, the rotational speed of centrifugal compressors is generally not controlled mainly by the control of output heat due to the nature of the compression method, but is the difference between the high and low pressures of the refrigerant. The head difference is the main control target, and the output heat quantity is controlled by suction refrigerant flow rate adjusting means (for example, an inlet guide vane (IGV)). However, when the refrigerant is compressed to the supercritical state by the centrifugal compressor, the demand for the output heat amount is large, and the suction refrigerant flow rate adjusting means is almost fully opened, and it is difficult to control the output heat amount by the suction refrigerant flow rate adjusting means. It was. Therefore, in the present invention, when the refrigerant is compressed to the supercritical state, the opening degree of the suction refrigerant flow rate adjusting means is fully opened, and the centrifugal operation is performed based on the outlet temperature of the heating medium in the heat generating heat exchanger. The amount of output heat was controlled by controlling the rotation speed of the compressor. For example, when the outlet temperature of the heating medium is lower than the target value, the rotational speed of the centrifugal compressor is increased, and when the outlet temperature of the heating medium is higher than the target value, the rotational speed of the centrifugal compressor is decreased.
As a result, the outlet temperature of the heating medium, which is a direct requirement of the external load, can be controlled (heating medium temperature control), so the inlet temperature change of the heating medium, the change in the flow rate of the heating medium, the inlet temperature change of the heating source medium, the heat source A high-quality heating medium can be provided to an external load without being affected by a cycle disturbance such as a change in the flow rate of the medium and a change in ambient temperature.

冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合には、吸込冷媒流量調整手段の開度を略全開とした上で、温熱生成熱交換器における温熱媒体の出口温度に基づいて遠心圧縮機の回転数を制御することにより出力熱量を制御することとしたので、外部負荷の直接的な要求量である温熱媒体の出口温度を制御でき、温熱媒体の入口温度変化、温熱媒体の流量変化、低圧側の熱源媒体の入口温度変化、熱源媒体の流量変化、ヒートポンプの設置環境に依存する雰囲気温度変化等のサイクルの外乱に影響されずに高品質の温熱媒体を外部負荷に提供することができる。 When the refrigerant is compressed to the supercritical state, the opening of the suction refrigerant flow rate adjusting means is substantially fully opened, and the number of revolutions of the centrifugal compressor is adjusted based on the outlet temperature of the heating medium in the heating heat generation heat exchanger. By controlling the output heat amount, it is possible to control the outlet temperature of the heating medium, which is a direct requirement of the external load, change the inlet temperature of the heating medium, change in the flow rate of the heating medium, the heat source on the low pressure side A high-quality heating medium can be provided to an external load without being affected by a cycle disturbance such as a change in the inlet temperature of the medium, a change in the flow rate of the heat source medium, and an atmospheric temperature change depending on the installation environment of the heat pump.

本発明の一実施形態に係る蒸気圧縮式ヒートポンプの冷媒回路を示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the refrigerant circuit of the vapor compression heat pump which concerns on one Embodiment of this invention. 制御部による圧縮機回転数指令値の演算を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the calculation of the compressor rotation speed command value by a control part. 圧力閾値における切り替えの例を示した図である。It is the figure which showed the example of switching in a pressure threshold value. 制御部による膨張弁開度指令値の演算を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the calculation of the expansion valve opening degree command value by a control part. 図２の変形例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the modification of FIG. 図４の変形例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the modification of FIG.

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、遠心式（ターボ式）の圧縮機（以下単に「圧縮機」という。）を用いたターボヒートポンプ（蒸気圧縮式ヒートポンプ）１の概略構成図が示されている。冷媒としては、例えば代替フロン冷媒（Ｒ１３４ａ）が用いられる。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a turbo heat pump (vapor compression heat pump) 1 using a centrifugal (turbo) compressor (hereinafter simply referred to as “compressor”). As the refrigerant, for example, an alternative chlorofluorocarbon refrigerant (R134a) is used.

ターボヒートポンプ１は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、外部から供給される熱源水（熱源媒体）と冷媒とが熱交換する蒸発器５と、温水（温熱）を出力する温熱生成熱交換器６と、蒸発器５と温熱生成熱交換器６との間に設けられた膨張弁９とを備えている。これら圧縮機３、蒸発器５、温熱生成熱交換器６及び膨張弁９によって、主系統の冷媒回路が構成されている。 The turbo heat pump 1 includes a compressor 3 that compresses refrigerant, an evaporator 5 that exchanges heat between heat source water (heat source medium) and refrigerant supplied from the outside, and a heat generation heat exchanger 6 that outputs hot water (heat). And an expansion valve 9 provided between the evaporator 5 and the heat generating heat exchanger 6. The compressor 3, the evaporator 5, the hot heat generating heat exchanger 6 and the expansion valve 9 constitute a main system refrigerant circuit.

圧縮機３は、高圧力比が得られる遠心圧縮機となっている。圧縮機３は、軸線周りに回転する羽根車１９を二段備えている。羽根車１９の冷媒流れ上流側には、流入する冷媒の流量を調節するＩＧＶ（インレットガイドベーン；吸込冷媒流量調整手段）２１が設けられている。ＩＧＶ２１の開度は、制御部７によってＩＧＶ用電動モータＭが駆動されることによって調整される。
圧縮機３は、増速機１８を介して接続された電動機１７によって駆動される。電動機１７は、制御部７によって制御され、インバータ２０による周波数制御によって回転数が適宜変更され得るようになっている。
圧縮機３の吸込側には吸込冷媒圧力Ｐ０を計測する圧力センサおよび吸込冷媒温度Ｔ０を計測する温度センサが、圧縮機３の吐出側には吐出冷媒圧力Ｐ１を計測する圧力センサおよび吐出冷媒温度Ｔ１を計測する温度センサが、それぞれ設けられている。これらセンサの出力値は、それぞれ制御部７へと送られる。 The compressor 3 is a centrifugal compressor capable of obtaining a high pressure ratio. The compressor 3 includes two stages of impellers 19 that rotate around the axis. An IGV (inlet guide vane; suction refrigerant flow rate adjusting means) 21 for adjusting the flow rate of the incoming refrigerant is provided on the upstream side of the refrigerant flow of the impeller 19. The opening degree of the IGV 21 is adjusted by driving the IGV electric motor M by the control unit 7.
The compressor 3 is driven by an electric motor 17 connected via a speed increaser 18. The electric motor 17 is controlled by the control unit 7, and the rotation speed can be appropriately changed by frequency control by the inverter 20.
A pressure sensor for measuring the suction refrigerant pressure P0 and a temperature sensor for measuring the suction refrigerant temperature T0 are provided on the suction side of the compressor 3, and a pressure sensor and a discharge refrigerant temperature for measuring the discharge refrigerant pressure P1 are provided on the discharge side of the compressor 3. A temperature sensor for measuring T1 is provided. The output values of these sensors are sent to the control unit 7, respectively.

蒸発器５は、例えば、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。蒸発器５には、熱源水配管１３が接続されており、この熱源水配管１３内を流れる熱源水とシェル内の冷媒とが熱交換を行い、熱源水から与えられる熱によってシェル内の冷媒が蒸発する。 The evaporator 5 is, for example, a shell and tube type heat exchanger. A heat source water pipe 13 is connected to the evaporator 5. The heat source water flowing in the heat source water pipe 13 and the refrigerant in the shell exchange heat, and the refrigerant in the shell is exchanged by the heat given from the heat source water. Evaporate.

温熱生成熱交換器６は、例えば、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。温熱生成熱交換器６には、温水配管１１が接続されており、この温水配管１１内を流れる水とシェル内の冷媒とが熱交換を行う。温水配管１１は、空調用室内機等の外部負荷と接続されている。温水配管１１には、温水入口温度Ｔａ及び温水出口温度Ｔｂを測定する温度センサがそれぞれ設けられている。また、図示しないが、温水配管１１には温水流量を計測する流量センサが設けられている。これらセンサからの出力値は、制御部７へと送られる。
温熱生成熱交換器６の冷媒出口には、出口冷媒温度Ｔ３を計測する温度センサが設けられており、この温度センサの出力値は制御部７へと送られる。 The heat generation heat exchanger 6 is, for example, a shell and tube heat exchanger. A hot water pipe 11 is connected to the hot heat generation heat exchanger 6, and water flowing in the hot water pipe 11 and the refrigerant in the shell exchange heat. The hot water pipe 11 is connected to an external load such as an indoor unit for air conditioning. The hot water pipe 11 is provided with temperature sensors for measuring the hot water inlet temperature Ta and the hot water outlet temperature Tb. Although not shown, the hot water pipe 11 is provided with a flow rate sensor for measuring the hot water flow rate. Output values from these sensors are sent to the control unit 7.
A temperature sensor for measuring the outlet refrigerant temperature T <b> 3 is provided at the refrigerant outlet of the heat generating heat exchanger 6, and the output value of this temperature sensor is sent to the control unit 7.

膨張弁９は、蒸発器５と温熱生成熱交換器６との間の冷媒配管に設けられており、温熱生成熱交換器６から導かれた液冷媒を絞ることによって等エンタルピ膨張させるものである。膨張弁９の開度は、制御部７によって制御される。 The expansion valve 9 is provided in a refrigerant pipe between the evaporator 5 and the heat generation heat exchanger 6, and is enthalpy-expanded by squeezing the liquid refrigerant introduced from the heat generation heat exchanger 6. . The opening degree of the expansion valve 9 is controlled by the control unit 7.

温熱生成熱交換器６と膨張弁９との間には、インタークーラ１０が設けられている。インタークーラ１０は、温熱生成熱交換器６から導かれた冷媒と、蒸発器５にて蒸発した冷媒とを熱交換する熱交換器である。このインタークーラ１０によって、圧縮機３へと吸い込まれる冷媒の温度が調整される。
インタークーラ１０と膨張弁９とを接続するインタークーラ下流側冷媒配管２３には、インタークーラ流量調整弁２５が設けられている。温熱生成熱交換器６とインタークーラ１０とを接続するインタークーラ上流側冷媒配管２４と、インタークーラ下流側冷媒配管２３との間には、インタークーラ１０をバイパスして冷媒を流すインタークーラバイパス冷媒配管２７が設けられており、このインタークーラバイパス冷媒配管２７には冷媒流量を調整するインタークーラバイパス弁２８が設けられている。インタークーラ流量調整弁２５とインタークーラバイパス弁２８の開度を制御部７によって適宜調整することにより、インタークーラ１０へと送り込む温熱生成熱交換器６からの高温冷媒の流量を調整する。
インタークーラ下流側冷媒配管２３には、インタークーラ流量調整弁２５と膨張弁９との間から分岐して吸込冷媒配管２９へと至るインジェクション配管３０が設けられている。インジェクション配管３０にはインジェクション弁３１が設けられている。このインジェクション弁３１の開度は、制御部７によって制御される。インジェクション弁３１にて所望量に調整された冷媒を吸込冷媒配管２９へ吹き込むことにより、圧縮機３へと供給される吸込冷媒の温度を蒸発温度よりも低くできる。 An intercooler 10 is provided between the heat generating heat exchanger 6 and the expansion valve 9. The intercooler 10 is a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant guided from the heat generation heat exchanger 6 and the refrigerant evaporated in the evaporator 5. The temperature of the refrigerant sucked into the compressor 3 is adjusted by the intercooler 10.
An intercooler flow rate adjustment valve 25 is provided in the intercooler downstream refrigerant pipe 23 that connects the intercooler 10 and the expansion valve 9. The intercooler bypass refrigerant that bypasses the intercooler 10 and flows the refrigerant between the intercooler upstream refrigerant pipe 24 and the intercooler downstream refrigerant pipe 23 that connect the heat generating heat exchanger 6 and the intercooler 10. A pipe 27 is provided. The intercooler bypass refrigerant pipe 27 is provided with an intercooler bypass valve 28 for adjusting the refrigerant flow rate. By appropriately adjusting the opening degrees of the intercooler flow rate adjusting valve 25 and the intercooler bypass valve 28 by the control unit 7, the flow rate of the high-temperature refrigerant from the heat generating heat exchanger 6 that is sent to the intercooler 10 is adjusted.
The intercooler downstream-side refrigerant pipe 23 is provided with an injection pipe 30 that branches from between the intercooler flow rate adjustment valve 25 and the expansion valve 9 to reach the suction refrigerant pipe 29. The injection pipe 30 is provided with an injection valve 31. The opening degree of the injection valve 31 is controlled by the control unit 7. By blowing the refrigerant adjusted to a desired amount by the injection valve 31 into the suction refrigerant pipe 29, the temperature of the suction refrigerant supplied to the compressor 3 can be made lower than the evaporation temperature.

圧縮機３の吐出側と蒸発器５の下流側との間には、ホットガスバイパス配管３４が設けられている。ホットガスバイパス配管３４には、ホットガスバイパス弁３５が設けられており、制御部７によってその開度が制御されるようになっている。ホットガスバイパス弁３５は、高負荷の場合には全閉とされており、低負荷となり所定値を下回った場合に開となり漸次開度が増大されるようになっている。これにより、圧縮機３がサージまたは旋回失速に陥ることを回避できる。
なお、ホットガスバイパス弁３５の開度については、外部負荷が増加してホットガスバイパス弁３５を閉めていくときの開度のスケジュールと、外部負荷が減少してホットガスバイパス弁３５を開けていくときの開度のスケジュールを異ならせてヒステリシスを持たせることが更に好ましい。これにより、システムに大きな影響を与えるホットガスバイパス弁３５の開度変更の回数を少なくし、安定的にシステムを運転することができる。 A hot gas bypass pipe 34 is provided between the discharge side of the compressor 3 and the downstream side of the evaporator 5. A hot gas bypass valve 35 is provided in the hot gas bypass pipe 34, and its opening degree is controlled by the control unit 7. The hot gas bypass valve 35 is fully closed when the load is high, and is opened when the load is low and falls below a predetermined value so that the opening degree is gradually increased. Thereby, it can avoid that the compressor 3 falls into a surge or a rotation stall.
As for the opening degree of the hot gas bypass valve 35, the schedule of the opening degree when the external load increases and the hot gas bypass valve 35 is closed, and the external load decreases and the hot gas bypass valve 35 is opened. It is further preferable to provide hysteresis by changing the schedule of the opening when going. Thereby, the frequency | count of the opening degree change of the hot gas bypass valve 35 which has a big influence on a system can be decreased, and a system can be drive | operated stably.

次に、上記構成のターボヒートポンプ１の動作について説明する。
圧縮機３は、電動機１７によって駆動され、制御部７によるインバータ制御により所定周波数で回転させられる。
蒸発器５及びインタークーラ１０から吸い込まれた低圧ガス冷媒は、圧縮機３によって超臨界状態まで圧縮される。このとき、ＩＧＶ２１は全開とされている。
圧縮機３から吐出された冷媒は、温熱生成熱交換器６へと導かれる。温熱生成熱交換器６において、高温高圧のガス冷媒は略等圧的に冷却され、高圧低温の冷媒となる。この際に得られる放出熱によって、温水配管１１内を流れる温水が加熱される。制御部７は、出口温水温度Ｔｂが所望値となるように、圧縮機３の回転数を制御する。 Next, the operation of the turbo heat pump 1 having the above configuration will be described.
The compressor 3 is driven by the electric motor 17 and is rotated at a predetermined frequency by inverter control by the control unit 7.
The low-pressure gas refrigerant sucked from the evaporator 5 and the intercooler 10 is compressed to the supercritical state by the compressor 3. At this time, the IGV 21 is fully opened.
The refrigerant discharged from the compressor 3 is guided to the heat generation heat exchanger 6. In the heat generating heat exchanger 6, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant is cooled substantially isobarically to become a high-pressure and low-temperature refrigerant. The hot water flowing in the hot water pipe 11 is heated by the released heat obtained at this time. The control unit 7 controls the rotation speed of the compressor 3 so that the outlet hot water temperature Tb becomes a desired value.

温熱生成熱交換器６において高圧低温とされた冷媒は、インタークーラ上流側冷媒配管２４を通り、インタークーラ１０へと導かれる。インタークーラ１０では、温熱生成熱交換器６からの高温冷媒と蒸発器５にて蒸発した冷媒との熱交換が行われる。インタークーラ１０での交換熱量は、制御部７によってインタークーラ流量調整弁２５及びインタークーラバイパス弁２８の開度を調整することによって制御される。
インタークーラ１０にて熱交換を終えた高圧冷媒は、インタークーラ下流側冷媒配管２３を通り膨張弁９へと導かれ、この膨張弁９によって等エンタルピ的に膨張させられる。膨張弁９の開度は、制御部７によって所望のヘッド差（ヒートポンプサイクルにおける冷媒の高低圧差）が得られるように制御される。 The refrigerant set to high pressure and low temperature in the heat generating heat exchanger 6 is guided to the intercooler 10 through the intercooler upstream side refrigerant pipe 24. In the intercooler 10, heat exchange between the high-temperature refrigerant from the heat generation heat exchanger 6 and the refrigerant evaporated in the evaporator 5 is performed. The amount of heat exchanged in the intercooler 10 is controlled by adjusting the opening degrees of the intercooler flow rate adjustment valve 25 and the intercooler bypass valve 28 by the control unit 7.
The high-pressure refrigerant that has finished heat exchange in the intercooler 10 is guided to the expansion valve 9 through the intercooler downstream-side refrigerant pipe 23, and is expanded by the expansion valve 9 in an enthalpy manner. The opening degree of the expansion valve 9 is controlled by the control unit 7 so as to obtain a desired head difference (high / low pressure difference of the refrigerant in the heat pump cycle).

膨張弁９によって膨張された冷媒は、蒸発器５へと導かれ、蒸発器５にて熱源水と熱交換することによって蒸発させられる。蒸発器５において蒸発した低圧ガス冷媒は、インタークーラ１０にて所定温度だけ上昇させられる。圧縮機３へと吸い込まれる冷媒の温度を低下させたい場合には、制御部によってインジェクション弁３１の開度を調整することによって低温冷媒を吸込冷媒配管２９へと吹き込む。その後、ガス冷媒は、圧縮機３へと導かれ、再び圧縮される。 The refrigerant expanded by the expansion valve 9 is guided to the evaporator 5 and evaporated by exchanging heat with the heat source water in the evaporator 5. The low-pressure gas refrigerant evaporated in the evaporator 5 is raised by the intercooler 10 by a predetermined temperature. When it is desired to lower the temperature of the refrigerant sucked into the compressor 3, the low temperature refrigerant is blown into the suction refrigerant pipe 29 by adjusting the opening degree of the injection valve 31 by the control unit. Thereafter, the gas refrigerant is guided to the compressor 3 and compressed again.

次に、図２を用いて、本発明の温水温度制御（温熱媒体温度制御）及び吐出圧力制御について説明する。以下の説明では、上述したように、吐出冷媒圧力Ｐ１が臨界圧力以上となっており、かつ、ＩＧＶ２１の開度が略全開（ＩＧＶ開度による温度調整が殆どできない状態）になっていることを前提とする。そして、本実施形態の制御部７は、温熱生成熱交換器６の出口温水温度Ｔｂに基づいて圧縮機３の回転数を制御することにより出力熱量を制御する。また、後述するように（図４参照）、制御部７は、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の高低圧力差であるヘッド差を膨張弁９の開度によって制御する。 Next, the hot water temperature control (heat medium temperature control) and the discharge pressure control of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, as described above, the discharged refrigerant pressure P1 is equal to or higher than the critical pressure, and the opening degree of the IGV 21 is substantially fully opened (a state in which temperature adjustment by the IGV opening degree is almost impossible). Assumption. And the control part 7 of this embodiment controls an output calorie | heat amount by controlling the rotation speed of the compressor 3 based on the exit hot water temperature Tb of the warm heat production | generation heat exchanger 6. FIG. Further, as will be described later (see FIG. 4), the control unit 7 controls the head difference, which is the difference in pressure between refrigerants in the heat pump cycle, by the opening of the expansion valve 9.

［温水温度制御（ＰＩ制御）］
図２に示されているように、温度センサによって計測された出口温水温度Ｔｂと、予め設定された出口温水温度設定値ｔｂ^＊との差分を差分器４０にて演算した後、所定の比例ゲインを与える。その後、信号を２つに分け、一方の信号に対しては不完全微分を行い、他方の信号に対しては所定の積分時間（CON 30）で除算を行い、これらを加算器４２にて合算する。
なお、図２，図４及び図５において、「CON」は定数を意味し、その後の数値（例えば「30」）は与えられる仮の定数値を意味する。この定数値は本実施形態の説明の便宜上仮に与えた数値である。
加算器４２にて合算された信号は、第１スイッチ４４及び第２スイッチ４６がオン（下方側の接点）になっている場合には（図２ではスイッチ４４，４６はオフ（上方側の接点）になっている）、これらスイッチ４４，４６を通り、積分器４８に入力される。積分器４８では、過去の入力値を積分した後に圧縮機回転数指令値を出力する。このように、圧縮機回転数の指令値は、出口温水温度Ｔｂに基づいてＰＩ制御されるようになっている。 [Hot water temperature control (PI control)]
As shown in FIG. 2, after the difference between the outlet warm water temperature Tb measured by the temperature sensor and the preset outlet warm water temperature set value tb ^* is calculated by the differentiator 40, a predetermined proportional gain is obtained. give. Thereafter, the signal is divided into two, incomplete differentiation is performed on one signal, division is performed on the other signal by a predetermined integration time (CON 30), and these are summed by an adder 42. To do.
In FIGS. 2, 4 and 5, “CON” means a constant, and the subsequent numerical value (eg, “30”) means a provisional constant value. This constant value is a numerical value temporarily given for convenience of explanation of the present embodiment.
The signal added by the adder 42 is obtained when the first switch 44 and the second switch 46 are on (lower contact) (in FIG. 2, the switches 44 and 46 are off (upper contact). ) Through these switches 44 and 46 and input to the integrator 48. The integrator 48 integrates past input values and outputs a compressor rotational speed command value. As described above, the command value for the compressor rotation speed is PI-controlled based on the outlet hot water temperature Tb.

［吐出圧力制御］
一方で、圧縮機３から吐出される吐出冷媒圧力Ｐ１が過剰となった場合に機器の保護をかけるために吐出圧力制御が行われる。
図２の上方に示されているように、圧力センサによって計測された吐出冷媒圧力Ｐ１が入力され、第１圧力スイッチ５０にて第１圧力閾値（同図では53）でONまたはOFFに切り替えられる。すなわち、第１圧力閾値以上であればONとなり、第１圧力閾値未満であればOFFとなる。
なお、図２，図４及び図５において、圧力スイッチ（図２の符号５０、５２等）や温度スイッチ（図５の符号６０，６２等）にて与えられる閾値の数値は、本実施形態の説明の便宜上仮に与えた数値である。
第１圧力スイッチ５０にてONになると、第１スイッチ４４では上方の接点が選択され「CON 0」が選択される。すなわち、定数０（ゼロ）が与えられることになり、回転数指令値に対して変化を施さず回転数指令値を固定することを意味する。他方、第１圧力スイッチ５０にてOFFになると、第１スイッチ４４では下方の接点が選択され、出口温水温度Ｔｂに基づく信号が積分器４８へ入力されることになる。 [Discharge pressure control]
On the other hand, when the discharge refrigerant pressure P1 discharged from the compressor 3 becomes excessive, discharge pressure control is performed to protect the equipment.
As shown in the upper part of FIG. 2, the discharge refrigerant pressure P <b> 1 measured by the pressure sensor is input, and is switched ON or OFF by the first pressure switch 50 at the first pressure threshold (53 in the figure). . That is, it is ON if it is greater than or equal to the first pressure threshold, and it is OFF if it is less than the first pressure threshold.
2, 4, and 5, the threshold value given by the pressure switch (reference numerals 50 and 52 in FIG. 2) and the temperature switch (reference numerals 60 and 62 in FIG. 5) It is a numerical value temporarily given for convenience of explanation.
When turned ON by the first pressure switch 50, the upper contact is selected by the first switch 44 and "CON 0" is selected. That is, a constant 0 (zero) is given, which means that the rotational speed command value is fixed without changing the rotational speed command value. On the other hand, when the first pressure switch 50 is turned OFF, the lower contact is selected by the first switch 44 and a signal based on the outlet hot water temperature Tb is input to the integrator 48.

吐出冷媒圧力Ｐ１は、第２圧力スイッチ５２にも同時に導かれ、第２圧力閾値（同図では54）でONまたはOFFに切り替えられる。すなわち、第２圧力閾値以上であればONとなり、第１圧力閾値未満であればOFFとなる。
第２圧力スイッチ５２にてONになると、第２スイッチ４６では上方の接点が選択され「CON -100」が選択される。すなわち、負の値である定数-100が信号に与えられることになり、回転数指令値を減ずることを意味する。他方、第２圧力スイッチ５２にてOFFになると、第２スイッチ４６では下方の接点が選択され、出口温水温度Ｔｂに基づく信号が積分器４８へ入力されることになる。 The discharged refrigerant pressure P1 is also led to the second pressure switch 52 at the same time, and is switched ON or OFF at the second pressure threshold (54 in the figure). That is, it is ON if it is greater than or equal to the second pressure threshold, and it is OFF if it is less than the first pressure threshold.
When the second pressure switch 52 is turned ON, the upper contact is selected by the second switch 46 and “CON -100” is selected. That is, a negative constant -100 is given to the signal, which means that the rotational speed command value is reduced. On the other hand, when the second pressure switch 52 is turned OFF, the lower switch is selected in the second switch 46 and a signal based on the outlet hot water temperature Tb is input to the integrator 48.

以上の通り、吐出圧力制御では、第１圧力閾値に達すると回転数指令値をそれ以上増加させずに固定し、さらに第２圧力閾値に達すると回転数指令値を減ずる制御が行われる。
さらに、膨張弁９でも吐出圧力制御を行うようになっており、後述する図４に示すように、吐出冷媒圧力Ｐ１が第１圧力閾値（図４では53）に達した場合には、第３圧力スイッチ５３がＯＮとなり、スイッチ４４ｂにて「CON +100」が選択されて、膨張弁９の開度が増大する（開く）ようになっている。なお、第３圧力スイッチ５３で用いる圧力閾値としては、図２の第１圧力閾値に合わせることが好ましいが、これ以外の閾値を用いても良い。 As described above, in the discharge pressure control, when the first pressure threshold is reached, the rotation speed command value is fixed without further increase, and when the second pressure threshold is reached, the rotation speed command value is decreased.
Further, the discharge pressure is also controlled by the expansion valve 9, and when the discharge refrigerant pressure P1 reaches the first pressure threshold (53 in FIG. 4) as shown in FIG. The pressure switch 53 is turned ON, “CON + 100” is selected by the switch 44b, and the opening degree of the expansion valve 9 is increased (opened). The pressure threshold used by the third pressure switch 53 is preferably matched with the first pressure threshold shown in FIG. 2, but other thresholds may be used.

図２に示したように、出口温水温度Ｔｂの差分に比例ゲインをかけた信号と、吐出圧力制御を行った信号とが並列的に入力されるように、これらの信号の下流側に積分器４８を配置するようにした。このように最終段にて積分演算を行うこととしたので、温水温度制御や吐出圧力制御にかかわらず圧縮機回転数指令値を連続的に出力することができる。 As shown in FIG. 2, an integrator is provided downstream of these signals so that a signal obtained by multiplying the difference of the outlet hot water temperature Tb by a proportional gain and a signal subjected to discharge pressure control are input in parallel. 48 was arranged. Since the integral calculation is performed in the final stage as described above, the compressor rotation speed command value can be continuously output regardless of the hot water temperature control or the discharge pressure control.

なお、圧力スイッチ５０，５２，５３（および後述する温度スイッチ６０，６２，６３も同様）については、閾値にてON及びOFFを切り替える際に、図３（ａ）に示すように閾値（例えば53）にて切り替えるようにしても良いし、図３（ｂ）に示すようにON方向およびOFF方向のそれぞれに対して切替の閾値（例えばOFF方向では52.5，ON方向では53.5）をずらしてヒステリシスをもたせるようにしても良い。図３（ｂ）のようにヒステリシスをもたせれば、ON及びOFFの切り替え回数が低減され安定な（滑らかな）制御が実現できる。 Note that the pressure switches 50, 52, and 53 (and the temperature switches 60, 62, and 63 described later) also have a threshold (for example, 53) as shown in FIG. ), Or as shown in FIG. 3B, the hysteresis is shifted by shifting the switching threshold (for example, 52.5 in the OFF direction and 53.5 in the ON direction) for each of the ON direction and the OFF direction. You may make it give. If hysteresis is provided as shown in FIG. 3B, the number of ON and OFF switching is reduced, and stable (smooth) control can be realized.

［膨張弁ヘッド差制御］
次に、図４を用いて膨張弁９の制御について説明する。
膨張弁９は、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の高低圧力差であるヘッド差に基づいて制御される。図４に示した実施形態は、出口冷媒温度Ｔ３と入口温水温度Ｔａとの差に基づいて制御される。すなわち、出口冷媒温度Ｔ３と入口温水温度Ｔａとの温度差は、温熱生成熱交換器６における圧力（高圧）に対応し（温度差が大きい場合は冷媒圧力が低いことを意味し、温度差が小さい場合は冷媒圧力が高いことを意味する）、この冷媒圧力の高圧値は膨張弁９によってヘッド差を調整することによって変化させることができる。 [Expansion valve head differential control]
Next, the control of the expansion valve 9 will be described with reference to FIG.
The expansion valve 9 is controlled based on a head difference that is a difference in the refrigerant pressure in the heat pump cycle. The embodiment shown in FIG. 4 is controlled based on the difference between the outlet refrigerant temperature T3 and the inlet hot water temperature Ta. That is, the temperature difference between the outlet refrigerant temperature T3 and the inlet hot water temperature Ta corresponds to the pressure (high pressure) in the heat generation heat exchanger 6 (if the temperature difference is large, it means that the refrigerant pressure is low and the temperature difference is If it is small, it means that the refrigerant pressure is high), and the high pressure value of the refrigerant pressure can be changed by adjusting the head difference by the expansion valve 9.

図４のブロック図は、図２と概略同様なので、同一機能を有する構成要素については図２の符号に添え字“ｂ”を加え、その説明を省略する。
また、図４の吐出圧力制御についても既に説明したので、その説明は省略する。
本実施形態の膨張弁ヘッド差制御では、出口冷媒温度Ｔ３と入口温水温度Ｔａとの温度差に基づいて膨張弁開度を制御し、温度差が大きい場合は膨張弁開度指令値を減じて（絞り）高圧を高め、温度差が小さい場合は膨張弁開度指令値を増大させて（開けて）高圧を低めるようにする。これにより、温熱生成熱交換器６における交換熱量が調整され、温熱生成熱交換器６の内部に保有する冷媒量を適性に制御することとなり、安定的なヒートポンプサイクルを実現できる。 The block diagram of FIG. 4 is substantially the same as FIG. 2, and therefore, the constituent elements having the same function are added with the subscript “b” to the reference numerals of FIG.
Further, since the discharge pressure control of FIG. 4 has already been described, the description thereof is omitted.
In the expansion valve head difference control of the present embodiment, the expansion valve opening is controlled based on the temperature difference between the outlet refrigerant temperature T3 and the inlet hot water temperature Ta, and if the temperature difference is large, the expansion valve opening command value is decreased. (Throttle) When the high pressure is increased and the temperature difference is small, the expansion valve opening command value is increased (opened) to decrease the high pressure. Thereby, the amount of exchange heat in the heat generation heat exchanger 6 is adjusted, the amount of refrigerant held in the heat generation heat exchanger 6 is appropriately controlled, and a stable heat pump cycle can be realized.

また、図２と同様に、図４に示したように、出口冷媒温度Ｔ３と入口温水温度Ｔａとの差の計測値と設定値との差分に比例ゲインをかけた信号と、吐出圧力制御を行った信号とが並列的に入力されるように、これらの信号の下流側に積分器４８ｂを配置するようにした。このように最終段にて積分演算を行うこととしたので、温水温度制御や吐出圧力制御にかかわらず圧縮機回転数指令値を連続的に出力することができる。 Similarly to FIG. 2, as shown in FIG. 4, a signal obtained by multiplying the difference between the measured value of the difference between the outlet refrigerant temperature T3 and the inlet hot water temperature Ta and the set value by a proportional gain, and the discharge pressure control are performed. The integrator 48b is arranged on the downstream side of these signals so that the performed signals are inputted in parallel. Since the integral calculation is performed in the final stage as described above, the compressor rotation speed command value can be continuously output regardless of the hot water temperature control or the discharge pressure control.

［変形例１；吐出温度制御］
なお、図２では、機器保護のために吐出冷媒圧力Ｐ１を用いた吐出圧力制御を行ったが、これに代えて、図５に示すように吐出冷媒温度Ｔ１を用いた吐出温度制御を行ってもよい。図５において、図２と同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第１温度スイッチ６０及び第２温度スイッチ６２では、図２の圧力スイッチ５０，５２と同様の動作をする。すなわち、第１温度閾値を超えた場合には第１温度スイッチ５０がONとなり、第１スイッチ４４にて圧縮機回転数指令値が固定されるようになっており、第２温度閾値を超えた場合には第２温度スイッチ６２がONとなり、第２スイッチ４６にて圧縮機回転数指令値が減じられるようになっている。
さらに、膨張弁９でも吐出温度制御を行うようになっており、後述する図６に示すように、吐出冷媒温度Ｔ１が第１温度閾値（図６では53）に達した場合には、第３温度スイッチ６３がＯＮとなり、スイッチ４４ｂにて「CON +100」が選択されて、膨張弁９の開度が増大する（開く）ようになっている。なお、第３温度スイッチ６３で用いる温度閾値としては、図５の第１温度閾値に合わせることが好ましいが、これ以外の閾値を用いても良い。 [Modification 1; Discharge temperature control]
In FIG. 2, the discharge pressure control using the discharge refrigerant pressure P1 is performed for equipment protection. Instead, the discharge temperature control using the discharge refrigerant temperature T1 is performed as shown in FIG. Also good. 5, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The first temperature switch 60 and the second temperature switch 62 operate in the same manner as the pressure switches 50 and 52 in FIG. That is, when the first temperature threshold is exceeded, the first temperature switch 50 is turned ON, and the compressor rotation speed command value is fixed by the first switch 44, and exceeds the second temperature threshold. In this case, the second temperature switch 62 is turned ON, and the compressor rotation speed command value is reduced by the second switch 46.
Further, the discharge temperature is also controlled by the expansion valve 9, and when the discharge refrigerant temperature T1 reaches the first temperature threshold (53 in FIG. 6) as shown in FIG. The temperature switch 63 is turned ON, “CON + 100” is selected by the switch 44b, and the opening degree of the expansion valve 9 is increased (opened). The temperature threshold used by the third temperature switch 63 is preferably matched with the first temperature threshold shown in FIG. 5, but other thresholds may be used.

［変形例２；膨張弁ヘッド差制御］
図４に示した膨張弁ヘッド差制御では、出口冷媒温度Ｔ３と入口温水温度Ｔａとの差に基づいて膨張弁開度を制御することとしたが、これに代えて、図６に示すように吐出冷媒圧力Ｐ１に基づいて制御しても良い。吐出冷媒圧力Ｐ１についても、膨張弁９の開度調整によってヘッド差を調整すれば制御することができる。なお、図６の各符号は、図４と同様の構成要素については同一符号を用いており、これらの説明については省略する。
このように吐出冷媒圧力Ｐ１を制御することとしても、温熱生成熱交換器６における高圧を制御することができるので、温熱生成熱交換器６における交換熱量が調整され、温熱生成熱交換器６の内部に保有する冷媒量を適性に制御することとなり、安定的なヒートポンプサイクルを実現できる。 [Modification 2: Expansion valve head difference control]
In the expansion valve head difference control shown in FIG. 4, the opening degree of the expansion valve is controlled based on the difference between the outlet refrigerant temperature T3 and the inlet hot water temperature Ta, but instead, as shown in FIG. You may control based on the discharge refrigerant | coolant pressure P1. The discharge refrigerant pressure P1 can also be controlled by adjusting the head difference by adjusting the opening of the expansion valve 9. 6, the same reference numerals are used for the same components as those in FIG. 4, and descriptions thereof are omitted.
Even when the discharge refrigerant pressure P1 is controlled in this way, the high pressure in the heat generating heat exchanger 6 can be controlled, so the amount of exchange heat in the heat generating heat exchanger 6 is adjusted, and the heat generating heat exchanger 6 The amount of refrigerant held inside is appropriately controlled, and a stable heat pump cycle can be realized.

さらに、図６の吐出冷媒圧力Ｐ１代えて、圧縮機３の吐出冷媒温度Ｔ１（図１参照）、圧縮機３の吸込冷媒温度Ｔ０（図１参照）、吐出冷媒圧力Ｐ１と圧縮機３の吸込冷媒圧力Ｐ０（図１参照）との差圧、吐出冷媒温度Ｔ１と吸込冷媒温度Ｔ０との温度差、及び、蒸発器５における蒸発温度のうちのいずれか１つ又は複数を用いることとしても、同様に温熱生成熱交換器６における高圧を制御することができるので、温熱生成熱交換器６における交換熱量が調整され、温熱生成熱交換器６の内部に保有する冷媒量を適性に制御することとなり、安定的なヒートポンプサイクルを実現できる。 Further, instead of the discharge refrigerant pressure P1 in FIG. 6, the discharge refrigerant temperature T1 (see FIG. 1) of the compressor 3, the suction refrigerant temperature T0 (see FIG. 1) of the compressor 3, the discharge refrigerant pressure P1 and the suction of the compressor 3 Using any one or more of the differential pressure from the refrigerant pressure P0 (see FIG. 1), the temperature difference between the discharge refrigerant temperature T1 and the suction refrigerant temperature T0, and the evaporation temperature in the evaporator 5, Similarly, since the high pressure in the heat generating heat exchanger 6 can be controlled, the amount of exchange heat in the heat generating heat exchanger 6 is adjusted, and the amount of refrigerant held in the heat generating heat exchanger 6 is appropriately controlled. Thus, a stable heat pump cycle can be realized.

また、吐出温度制御として、吐出冷媒温度Ｔ１が所定値以上となった場合には、インタークーラバイパス弁２８の開度を増加させることとしてもよい。インタークーラバイパス弁２８の開度を増加させることにより、インタークーラ１０における交換熱量が小さくなり吸込冷媒温度Ｔ０が下がり、結果として吐出冷媒温度を下げることができるからである。さらに、吐出温度制御として、吐出冷媒温度Ｔ１が所定値以上となった場合には、インジェクション弁３１の開度を増大させて吸込冷媒温度を下げるようにしても良い。 Further, as the discharge temperature control, when the discharge refrigerant temperature T1 becomes a predetermined value or more, the opening degree of the intercooler bypass valve 28 may be increased. This is because by increasing the opening degree of the intercooler bypass valve 28, the amount of exchange heat in the intercooler 10 is reduced, the suction refrigerant temperature T0 is lowered, and as a result, the discharge refrigerant temperature can be lowered. Further, as the discharge temperature control, when the discharge refrigerant temperature T1 becomes equal to or higher than a predetermined value, the opening degree of the injection valve 31 may be increased to lower the suction refrigerant temperature.

以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合には、ＩＧＶ２１の開度を略全開とした上で、温熱生成熱交換器６における温熱媒体の出口温度に基づいて圧縮機３の回転数を制御することにより出力熱量を制御することとした。
これにより、外部負荷の直接的な要求量である温水の出口温度Ｔｂを制御できる（温熱媒体温度制御）ので、温水の入口温度変化、温水の流量変化、熱水の入口温度変化、熱源水の流量変化、ヒートポンプの設置環境に依存する雰囲気温度変化等のサイクルの外乱に影響されずに高品質の温熱媒体を外部負荷に提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the following operational effects are obtained.
When the refrigerant is compressed to a supercritical state, the rotational speed of the compressor 3 is controlled based on the outlet temperature of the heat medium in the heat generation heat exchanger 6 with the opening of the IGV 21 being fully opened. Thus, the output heat amount was controlled.
As a result, the hot water outlet temperature Tb, which is a directly required amount of the external load, can be controlled (heat medium temperature control). Therefore, the hot water inlet temperature change, the hot water flow rate change, the hot water inlet temperature change, the heat source water A high-quality heating medium can be provided to an external load without being affected by a disturbance of the cycle such as a change in flow rate and an atmospheric temperature change depending on the installation environment of the heat pump.

また、圧縮機３の回転数によって温水出口温度Ｔｂを制御して出力熱量を制御することとした上で、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の高低圧力差であるヘッド差を膨張弁９の開度によって制御することとした（膨張弁ヘッド差制御）。このように、膨張弁９によってヘッド差を制御することにより、温熱生成熱交換器６における圧力を所望値に維持することができるので、温熱生成熱交換器６内部に保有する冷媒量を適性に制御することとなり、安定的なヒートポンプサイクルを実現できる。 In addition, the hot water outlet temperature Tb is controlled by the number of revolutions of the compressor 3 to control the output heat amount, and the head difference, which is the refrigerant pressure difference in the heat pump cycle, is controlled by the opening of the expansion valve 9. (Expansion valve head difference control). In this way, by controlling the head difference with the expansion valve 9, the pressure in the heat generating heat exchanger 6 can be maintained at a desired value, so that the amount of refrigerant held inside the heat generating heat exchanger 6 is made appropriate. Therefore, a stable heat pump cycle can be realized.

１ターボヒートポンプ（蒸気圧縮式ヒートポンプ）
３圧縮機（遠心圧縮機）
５蒸発器
６温熱生成熱交換器
９膨張弁
１０インタークーラ
２１ＩＧＶ（吸込冷媒流量調整手段） 1 Turbo heat pump (vapor compression heat pump)
3 compressor (centrifugal compressor)
5 Evaporator 6 Heat Generation Heat Exchanger 9 Expansion Valve 10 Intercooler 21 IGV (Suction Refrigerant Flow Rate Adjusting Means)

Claims

冷媒を圧縮する遠心圧縮機と、
該遠心圧縮機へ流入する冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段と、
前記遠心圧縮機によって圧縮された冷媒により外部負荷へと提供する温熱媒体を加熱する温熱生成熱交換器と、
該温熱生成熱交換器から導かれた冷媒を膨張させる膨張弁と、
該膨張弁から導かれた冷媒を熱源媒体との熱交換によって蒸発させる蒸発器と、
前記遠心圧縮機の回転数、前記吸込冷媒流量調整手段の開度、及び、前記膨張弁の開度を制御する制御部と、
を備えた蒸気圧縮式ヒートポンプにおいて、
前記制御部は、
前記遠心圧縮機によって前記冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合に、
前記吸込冷媒流量調整手段の開度を略全開とした上で、
前記温熱生成熱交換器における前記温熱媒体の出口温度に基づいて前記遠心圧縮機の回転数を制御することを特徴とする蒸気圧縮式ヒートポンプ。 A centrifugal compressor for compressing the refrigerant;
A suction refrigerant flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing into the centrifugal compressor;
A heat-generating heat exchanger that heats a heating medium to be provided to an external load by the refrigerant compressed by the centrifugal compressor;
An expansion valve for expanding the refrigerant introduced from the heat generating heat exchanger;
An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the expansion valve by heat exchange with a heat source medium;
A control unit for controlling the rotational speed of the centrifugal compressor, the opening degree of the suction refrigerant flow rate adjusting means, and the opening degree of the expansion valve;
In the vapor compression heat pump with
The controller is
When the refrigerant is compressed to a supercritical state by the centrifugal compressor,
After opening the suction refrigerant flow rate adjusting means substantially fully open,
A vapor compression heat pump, wherein the number of revolutions of the centrifugal compressor is controlled based on an outlet temperature of the heating medium in the heat generating heat exchanger.

前記制御部は、ヒートポンプサイクルにおける前記冷媒の高低圧力差であるヘッド差を前記膨張弁の開度によって制御することを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 2. The vapor compression heat pump according to claim 1, wherein the control unit controls a head difference, which is a difference in pressure of the refrigerant in a heat pump cycle, by an opening degree of the expansion valve.

前記制御部は、前記温熱生成熱交換器における入口温熱媒体温度と出口冷媒温度との差が所望値となるように前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The said control part controls the opening degree of the said expansion valve so that the difference of the inlet heat medium temperature and outlet refrigerant | coolant temperature in the said heat production | generation heat exchanger may become a desired value. Vapor compression heat pump.

前記制御部は、前記遠心式圧縮機の吐出冷媒圧力、前記遠心圧縮機の吐出冷媒温度、前記遠心圧縮機の吸込冷媒温度、前記吐出冷媒圧力と前記遠心圧縮機の吸込冷媒圧力との差圧、前記吐出冷媒温度と前記吸込冷媒温度との温度差、及び、前記蒸発器における蒸発温度のうちのいずれか１つ又は複数を用いて、所望値となるように前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The control unit includes a discharge refrigerant pressure of the centrifugal compressor, a discharge refrigerant temperature of the centrifugal compressor, a suction refrigerant temperature of the centrifugal compressor, and a differential pressure between the discharge refrigerant pressure and the suction refrigerant pressure of the centrifugal compressor. The opening degree of the expansion valve is controlled to be a desired value by using any one or more of a temperature difference between the discharge refrigerant temperature and the suction refrigerant temperature and an evaporation temperature in the evaporator. The vapor compression heat pump according to claim 2, wherein:

前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒圧力が第１圧力閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を増加させずに固定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The controller is configured to fix the centrifugal compressor without increasing the number of revolutions when the refrigerant discharge pressure of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor reaches a first pressure threshold value. The vapor compression heat pump according to any one of claims 1 to 4.

前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒圧力が前記第１圧力閾値を超えて第２圧力閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を減少させることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The controller reduces the rotational speed of the centrifugal compressor when the refrigerant discharge pressure of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor exceeds the first pressure threshold and reaches a second pressure threshold. The vapor compression heat pump according to claim 5.

前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒圧力が第３圧力閾値に達した場合には、前記膨張弁の開度を増加させることを特徴とする請求項５または６に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The said control part increases the opening degree of the said expansion valve, when the discharge refrigerant | coolant pressure of the said refrigerant | coolant compressed by the said centrifugal compressor reaches a 3rd pressure threshold value. The vapor compression heat pump described in 1.

前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が第１温度閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を増加させずに固定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The controller is configured to fix the centrifugal compressor without increasing the number of revolutions when the refrigerant discharge temperature of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor reaches a first temperature threshold. The vapor compression heat pump according to any one of claims 1 to 4.

前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が前記第１温度閾値を超えて第２温度閾値に達した場合には、該遠心圧縮機の回転数を減少させることを特徴とする請求項８に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The controller reduces the rotational speed of the centrifugal compressor when the discharge refrigerant temperature of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor exceeds the first temperature threshold and reaches the second temperature threshold. The vapor compression heat pump according to claim 8.

前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が第３温度閾値に達した場合には、前記膨張弁の開度を増加させることを特徴とする請求項８または９に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The said control part increases the opening degree of the said expansion valve, when the discharge refrigerant | coolant temperature of the said refrigerant | coolant compressed by the said centrifugal compressor reaches a 3rd temperature threshold value. The vapor compression heat pump described in 1.

前記温熱生成熱交換器から前記蒸発器へと向かう冷媒と、前記蒸発器から前記遠心圧縮機へと向かう冷媒とを熱交換させるインタークーラ、及び、
前記温熱生成熱交換器から前記インタークーラへ向かう冷媒をバイパスさせて前記蒸発器へと導くインタークーラバイパス流路に設けられたインタークーラバイパス弁、
を備え、
前記制御部は、前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の吐出冷媒温度が所定値以上となった場合には、前記インタークーラバイパス弁の開度を増加させることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 An intercooler for exchanging heat between the refrigerant from the heat generating heat exchanger toward the evaporator and the refrigerant from the evaporator toward the centrifugal compressor, and
An intercooler bypass valve provided in an intercooler bypass flow path that bypasses the refrigerant from the thermal heat generation heat exchanger to the intercooler and leads to the evaporator;
With
The control unit increases the opening degree of the intercooler bypass valve when a discharge refrigerant temperature of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor becomes equal to or higher than a predetermined value. The vapor compression heat pump according to any one of 10.

前記制御部は、請求項１により得られた前記遠心圧縮機の回転数と、請求項５または６あるいは請求項８または９によって得られた前記遠心圧縮機の回転数とが入力され、過去の入力値を積分して最終回転数を出力する積分器を備えていることを特徴とする請求項５，６，８及び９のいずれかに記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The controller receives the rotational speed of the centrifugal compressor obtained by claim 1 and the rotational speed of the centrifugal compressor obtained by claim 5 or 6 or claim 8 or 9, 10. The vapor compression heat pump according to claim 5, further comprising an integrator that integrates an input value and outputs a final rotational speed.

前記制御部は、請求項２から４のいずれかにより得られた前記膨張弁の開度と、請求項７または１０によって得られた膨張弁の開度とが入力され、過去の入力値を積分して最終開度を出力する積分器を備えていることを特徴とする請求項７または１０に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 The control unit receives the opening of the expansion valve obtained by any one of claims 2 to 4 and the opening of the expansion valve obtained by claim 7 or 10, and integrates past input values. The vapor compression heat pump according to claim 7 or 10, further comprising an integrator that outputs a final opening degree.

前記遠心圧縮機によって圧縮された前記冷媒の一部を前記蒸発器の下流側へと導くホットガスバイパス流路に設けられたホットガスバイパス弁を備え、
前記外部負荷へと出力する出力熱量が所定値以下となった場合に、前記ホットガスバイパス弁の開度を増加させることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の蒸気圧縮式ヒートポンプ。 A hot gas bypass valve provided in a hot gas bypass passage for guiding a part of the refrigerant compressed by the centrifugal compressor to the downstream side of the evaporator;
The vapor compression heat pump according to any one of claims 1 to 11, wherein when the amount of output heat output to the external load becomes a predetermined value or less, the opening degree of the hot gas bypass valve is increased. .

冷媒を圧縮する遠心圧縮機と、
該遠心圧縮機へ流入する冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段と、
前記遠心圧縮機によって圧縮された冷媒により外部負荷へと提供する温熱媒体を加熱する温熱生成熱交換器と、
該温熱生成熱交換器から導かれた冷媒を膨張させる膨張弁と、
該膨張弁から導かれた冷媒を熱源媒体との熱交換によって蒸発させる蒸発器と、
前記遠心圧縮機の回転数、前記吸込冷媒流量調整手段の開度、及び、前記膨張弁の開度を制御する制御部と、
を備えた蒸気圧縮式ヒートポンプの制御方法において、
前記制御部は、
前記遠心圧縮機によって前記冷媒が超臨界状態まで圧縮された場合に、
前記吸込冷媒流量調整手段の開度を略全開とした上で、
前記温熱生成熱交換器における前記温熱媒体の出口温度に基づいて前記遠心圧縮機の回転数を制御することを特徴とする蒸気圧縮式ヒートポンプの制御方法。 A centrifugal compressor for compressing the refrigerant;
A suction refrigerant flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing into the centrifugal compressor;
A heat-generating heat exchanger that heats a heating medium to be provided to an external load by the refrigerant compressed by the centrifugal compressor;
An expansion valve for expanding the refrigerant introduced from the heat generating heat exchanger;
An evaporator for evaporating the refrigerant guided from the expansion valve by heat exchange with a heat source medium;
A control unit for controlling the rotational speed of the centrifugal compressor, the opening degree of the suction refrigerant flow rate adjusting means, and the opening degree of the expansion valve;
In a control method of a vapor compression heat pump comprising:
The controller is
When the refrigerant is compressed to a supercritical state by the centrifugal compressor,
After opening the suction refrigerant flow rate adjusting means substantially fully open,
A method for controlling a vapor compression heat pump, wherein the number of revolutions of the centrifugal compressor is controlled based on an outlet temperature of the heating medium in the heat generating heat exchanger.

前記制御部は、ヒートポンプサイクルにおける前記冷媒の高低圧力差であるヘッド差を前記膨張弁の開度によって制御することを特徴とする請求項１５に記載の蒸気圧縮式ヒートポンプの制御方法。 The method of controlling a vapor compression heat pump according to claim 15, wherein the control unit controls a head difference, which is a pressure difference of the refrigerant in a heat pump cycle, by an opening degree of the expansion valve.