JP5619556B2 - Operation method of autonomous balanced heat pump unit - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートポンプユニットに関するものである。 The present invention relates to a heat pump unit.
地球温暖化の原因とされているＣＯ２排出の削減が急務となったことなどが追い風となって、既存の熱源を高いエネルギー効率と安全性を兼ね備えたヒートポンプに置き換えようという動きが活発化してきており、都市開発レベルのヒートアイランド対策から、省エネエアコンまで、ヒートポンプが急速に普及しつつある。
加えて、ここにきて圧縮機の直流化、熱交換器の小型高性能化、電子膨張弁等各種部品の技術向上により、効率の高い冷凍サイクルが低価格で製造できるようになり、より規模の小さい分野までヒートポンプの応用範囲が拡大される条件が整ってきた。低回転時にも高トルクが確保できる直流モータを搭載する圧縮機の登場により、従来70％程度までしか減速できなかったインダクションモーター搭載の圧縮機にくらべて、はるかに幅広い範囲で回転数を変更することが可能になった。また熱交換器の小型高性能化により余裕のある設計が容易になった。さらに、電子膨張弁の高精度化により、幅広い範囲できめ細かく圧縮比をコントロールすることができるようになった。
The movement to replace existing heat sources with heat pumps that have both high energy efficiency and safety has become active, driven by the urgent need to reduce CO 2 emissions, which are responsible for global warming. In addition, heat pumps are rapidly spreading from urban island level heat island countermeasures to energy-saving air conditioners.
In addition, it is now possible to manufacture a highly efficient refrigeration cycle at a lower price by using a DC compressor, improving the size and performance of heat exchangers, and improving the technology of various components such as electronic expansion valves. The conditions for expanding the application range of heat pumps to small fields have been established. With the advent of compressors equipped with DC motors that can ensure high torque even at low speeds, the number of revolutions can be changed in a much wider range than compressors equipped with induction motors that could only be reduced to about 70%. It became possible. In addition, the heat exchanger has become more compact and easier to design with higher performance. Furthermore, the high precision of the electronic expansion valve has made it possible to finely control the compression ratio over a wide range.
従って、最近では、複数の負荷を対象とし、一方の負荷には加熱を行うと同時に他方の負荷には冷却を行うことで、ヒートポンプの効率をさらに高めることが提案されている。
しかしながら、従来のヒートポンプユニットでは、加熱側の温度を一定に保つように制御すると冷却熱量と結果としての温度が不定になり、冷却側の温度を一定に保つように制御すると加熱熱量と結果としての温度が不定となった。つまりヒートポンプ単体では両方の負荷に対して同時に加熱熱量と冷却熱量を保証することはできず、況や加熱側の温度と冷却側の温度を同時に保証することは望むべくもなかった。
ヒートポンプに期待される効用は、最終的には対象物の温度を利用者の意図する温度に維持することであり、言い換えれば対象物の熱の「質」をコントロールすることにあるといえる。たとえば、４２℃の温水と３８℃の温水は熱量的には絶対温度で３１１Ｋと３１５Ｋの違いしかないが、風呂に使える４２℃の温水と風呂には使えない３８℃の温水とでは実用価値は大きく違う。つまり「量」をほとんど十分にコントロールできても、「質」をコントロールできなければ実用価値は生まれないし、「量」が十分であるときには「質」をわずかにコントロールするだけで大きな実用価値を生むことが可能である。別の言い方をすればヒートポンプとは同じ熱量でもエントロピーを操作することで実用価値を生むネゲントロピーマシンとして利用することができる。
利用者の意図に合わせて加熱側の温度と冷却側の温度を同時にコントロールするには、まず加熱側に必要な熱量を加えて、同時に冷却側から必要な熱量を奪う必要がある。この必要加熱熱量と必要冷却熱量は常時それぞれ変化し、必ずしも一致しないため、冷凍サイクルの中で差分の熱量を加熱熱量と冷却熱量を自律的に平衡させる必要があるが、従来のヒートポンプにはその機能がないため、差分の解消は周辺の二次的システムに依存していた。
そのため、従来のヒートポンプユニットでは、特許文献１に記載のように、ユニット内と外部とで受け渡しする熱の温度を正確に制御することはできず、温水や冷水の温度を制御するために、周辺の二次的なシステムはさらに複雑なものになってしまっていた。このようなプラントの設計の煩雑さや要求される冷凍サイクルについての専門知識が、さまざまな設計者のアイディアを引き出して応用範囲を拡大することを妨げる制約要因となっていると同時にコストの大幅な上昇を惹起していた。以上のような理由で、原理的には非常に環境貢献度の高いヒートポンプの普及を妨げていた。
本発明では、上記課題を解決するために、新規且つ有用な自律平衡型ヒートポンプユニットを提供することを目的とする。
Therefore, recently, it has been proposed to further increase the efficiency of the heat pump by targeting a plurality of loads, heating one load and simultaneously cooling the other load.
However, in a conventional heat pump unit, if the heating side temperature is controlled to be kept constant, the amount of cooling heat and the resulting temperature become indefinite, and if controlled to keep the cooling side temperature constant, the amount of heating heat and resulting The temperature became unstable. In other words, the heat pump alone cannot guarantee the amount of heating and cooling at the same time for both loads, and it was impossible to guarantee the situation and the temperature on the heating side and the temperature on the cooling side at the same time.
The expected effect of the heat pump is to maintain the temperature of the object at the temperature intended by the user, in other words, to control the “quality” of the heat of the object. For example, hot water of 42 ° C and hot water of 38 ° C are only the absolute difference between 311K and 315K in terms of calorific value. It ’s very different. In other words, even if “quantity” can be controlled almost enough, if “quality” cannot be controlled, there is no practical value, and when “quantity” is sufficient, only a slight control of “quality” will produce great practical value. It is possible. In other words, it can be used as a negentropic machine that produces practical value by manipulating entropy even with the same amount of heat as a heat pump.
In order to simultaneously control the temperature on the heating side and the temperature on the cooling side according to the user's intention, it is necessary to first add the necessary amount of heat to the heating side and simultaneously take away the necessary amount of heat from the cooling side. Since the required heating heat quantity and the required cooling heat quantity always change and do not necessarily match, it is necessary to autonomously balance the difference between the heating heat quantity and the cooling heat quantity in the refrigeration cycle. Due to lack of functionality, resolving differences depended on surrounding secondary systems.
Therefore, in the conventional heat pump unit, as described in
An object of the present invention is to provide a new and useful autonomous balanced heat pump unit in order to solve the above problems.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、無端状冷媒配管に、容量可変の圧縮機、四方弁、交換熱量可変の第１負荷用熱交換器、開度可変の第１膨張弁、交換熱量可変の調整用熱交換器、開度可変の第２膨張弁、交換熱量可変の第２負荷用熱交換器、前記四方弁、前記圧縮機の順に接続されてなり、前記四方弁の切り替えにより、冷媒循環経路が、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機となるか、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機となる自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、前記第１負荷用熱交換器を加熱し、前記第２負荷用熱交換器を冷却するときには、前記冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機とするノーマルモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の加熱と前記第２負荷用熱交換器による負荷の冷却、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転し、前記第１負荷用熱交換器を冷却し、前記第２負荷用熱交換器を加熱するときには、冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機とするリバースモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の冷却と前記第２負荷用熱交換器による負荷の加熱、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転するが、前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を下回り、前記第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を上回るときにはノーマルモードで前記第１負荷用熱交換器を加熱するとともに前記第２負荷用熱交換器を冷却し、前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を上回り、前記第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を下回るときにはリバースモードで第１負荷用熱交換器を冷却するとともに第２負荷用熱交換器を加熱することを特徴とする運転方法である。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention of
請求項２の発明は、無端状冷媒配管に、容量可変の圧縮機、四方弁、交換熱量可変の第１負荷用熱交換器、開度可変の第１膨張弁、交換熱量可変の調整用熱交換器、開度可変の第２膨張弁、交換熱量可変の第２負荷用熱交換器、前記四方弁、前記圧縮機の順に接続されてなり、
前記四方弁の切り替えにより、冷媒循環経路が、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機となるか、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機となる自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、
前記第１負荷用熱交換器を加熱し、前記第２負荷用熱交換器を冷却するときには、前記冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機とするノーマルモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の加熱と前記第２負荷用熱交換器による負荷の冷却、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転し、
前記第１負荷用熱交換器を冷却し、前記第２負荷用熱交換器を加熱するときには、冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機とするリバースモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の冷却と前記第２負荷用熱交換器による負荷の加熱、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転するが、
前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を下回り、前記第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を下回るとき、前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはリバースモードで前記第１負荷用熱交換器を優先的に冷却し、前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはノーマルモードで前記第２負荷用熱交換器を優先的に冷却し、前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を上回り、前記第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を上回るとき、前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはノーマルモードで前記第１負荷用熱交換器を優先的に加熱し、前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはリバースモードで前記第２負荷用熱交換器を優先的に冷却することを特徴とする運転方法である。
The invention of claim 2 includes an endless refrigerant pipe, a variable capacity compressor, a four-way valve, a variable heat exchange first load heat exchanger, a variable opening first expansion valve, a variable heat exchange variable heat. An exchanger, an opening variable second expansion valve, an exchange heat variable second load heat exchanger, the four-way valve, and the compressor in this order,
By switching the four-way valve, the refrigerant circulation path becomes the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, the adjustment heat exchanger, the second expansion valve, and the second load heat. The exchanger, the compressor, or the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, the adjustment heat exchanger, the first expansion valve, the first load heat exchanger In the operation method of the autonomous balanced heat pump unit serving as the compressor,
When heating the first load heat exchanger and cooling the second load heat exchanger, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, The adjustment heat exchanger, the second expansion valve, the second load heat exchanger, and the compressor are set in a normal mode, and the first load heat exchanger corresponding to the temperature of each load. The load is heated by the second load heat exchanger, the load is cooled by the heat exchanger for the second load, the load is heated by the heat exchanger for both loads, or the load is cooled by the heat exchanger for both loads. To maintain each load at the set temperature,
When the first load heat exchanger is cooled and the second load heat exchanger is heated, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, The heat exchanger for adjustment, the first expansion valve, the heat exchanger for the first load, and the compressor are set in the reverse mode, and the heat exchanger for the first load corresponds to the temperature of each load. Cooling of the load and heating of the load by the second load heat exchanger, heating to the respective loads by both load heat exchangers, or cooling to the respective loads by both load heat exchangers To maintain each load at the set temperature,
Outlet temperature of the first load heat exchanger falls below the set temperature of the first load heat exchanger, the set temperature of the outlet temperature the second load heat exchanger of the second load heat exchanger When the difference between the outlet temperature of the first load heat exchanger and the set temperature is greater than the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature, the heat exchange for the first load in the reverse mode. When the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature is larger than the difference between the outlet temperature of the first load heat exchanger and the set temperature, the first load is performed in the normal mode. The heat exchanger for two loads is cooled preferentially, the outlet temperature of the first load heat exchanger exceeds the set temperature of the first load heat exchanger, and the outlet temperature of the second load heat exchanger When the temperature exceeds the set temperature of the heat exchanger for the second load When the difference between the outlet temperature of the exchanger and the set temperature is larger than the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature, the heat exchanger for the first load is preferentially heated in the normal mode, When the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature is larger than the difference between the outlet temperature of the first load heat exchanger and the set temperature, the second load heat exchanger is preferentially used in the reverse mode. It is an operation method characterized by cooling to a short time.
請求項３の発明は、無端状冷媒配管に、容量可変の圧縮機、四方弁、交換熱量可変の第１負荷用熱交換器、開度可変の第１膨張弁、交換熱量可変の調整用熱交換器、開度可変の第２膨張弁、交換熱量可変の第２負荷用熱交換器、前記四方弁、前記圧縮機の順に接続されてなり、前記四方弁の切り替えにより、冷媒循環経路が、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機となるか、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機となる自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、前記第１負荷用熱交換器を加熱し、前記第２負荷用熱交換器を冷却するときには、前記冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機とするノーマルモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の加熱と前記第２負荷用熱交換器による負荷の冷却、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転し、前記第１負荷用熱交換器を冷却し、前記第２負荷用熱交換器を加熱するときには、冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機とするリバースモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の冷却と前記第２負荷用熱交換器による負荷の加熱、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転するが、
ノーマルモードでは、以下の式を満たす場合にリバースモードに切り替え、
（式１）
（第１負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）−（第２負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）＜−（すき間値）
リバースモードでは、以下の式を満たす場合にノーマルモードに切り替える
（式２）
（第１負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）−（第２負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）＞＋（すき間値）
ことを特徴とする運転方法である。
The invention of
In normal mode, switch to reverse mode if the following equation is satisfied:
(Formula 1)
(Measured temperature of the first load heat exchanger-set temperature)-(Measured temperature of the second load heat exchanger-set temperature) <-(clearance value)
In reverse mode, switch to normal mode when the following formula is satisfied (Formula 2)
(Measured temperature of the heat exchanger for the first load-set temperature)-(Measured temperature of the heat exchanger for the second load-set temperature)> + (clearance value)
This is a driving method characterized by this.
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載した自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、前記ユニットが有線または無線の通信網との接続手段を備えた制御装置を備えており、前記制御装置が、前記通信網を介して受信した温度の設定指令に基づいて、圧縮機、四方弁、第１負荷用熱交換器、第１膨張弁、調整用熱交換器、第２膨張弁および第２負荷用熱交換器を制御することを特徴とする運転方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the operation method of the autonomous balanced heat pump unit according to any one of the first to third aspects, the unit includes a control device including a connection means with a wired or wireless communication network. Based on the temperature setting command received by the control device via the communication network, the compressor, the four-way valve, the first load heat exchanger, the first expansion valve, the adjustment heat exchanger, the second expansion The operation method is characterized by controlling the valve and the heat exchanger for the second load.
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載した自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、前記ユニットが制御用通信手段を有する制御装置を備えており、前記制御装置が、前記制御用通信手段によって外部の制御装置から受信した温度の設定指令に基づいて、圧縮機、四方弁、第１負荷用熱交換器、第１膨張弁、調整用熱交換器、第２膨張弁および第２負荷用熱交換器を制御することを特徴とする運転方法である。
The invention of
請求項６の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載した自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、前記ユニットが外部のスイッチ・リレー・プログラマブルコントローラ等との信号入出力手段を有する制御装置を備えて予め設定した温度を選択できるようになっており、前記制御装置が、前記制御信号入出力手段によって外部から受信した動作指令および温度の設定選択指令に基づいて、圧縮機、四方弁、第１負荷用熱交換器、第１膨張弁、調整用熱交換器、第２膨張弁および第２負荷用熱交換器を制御することを特徴とする運転方法である。 A sixth aspect of the present invention is the operation method of the autonomous balanced heat pump unit according to any one of the first to third aspects, wherein the unit has a signal input / output means with an external switch, relay, programmable controller or the like. It is possible to select a preset temperature with the control device, based on the operation command and the temperature setting selection command received from the outside by the control signal input / output means, a compressor, a four-way valve, The operation method is characterized by controlling the first load heat exchanger, the first expansion valve, the adjustment heat exchanger, the second expansion valve, and the second load heat exchanger.
本発明の自律平衡型ヒートポンプユニットによれば、圧縮冷凍サイクル内で加熱熱量と冷却熱量を自律的に平衡させながら、加熱側負荷と冷却側負荷に対してそれぞれ加熱と冷却を同時に行い、しかもそれぞれの負荷の要求温度を満たすことができる。さらに、冷凍サイクルが閉鎖系で完結するため使用にあたって配管接続を行う必要がなく、製造時に冷媒を封入したうえで出荷でき、冷媒漏れのリスクを抑えることができ、量産やメンテナンス体制の構築に向いている。目的の温度を設定するだけで制御できるため、冷凍サイクルに関する専門知識がなくても設計に組み込むことが可能で、ブラインや水道配管程度の技術で容易にプラントや住宅等に導入ができるようになる。さらに複数の自律平衡型ヒートポンプを共存させ、工場ラインの変更に伴って組み替えることも容易にできるようになる。 According to the autonomous balanced heat pump unit of the present invention, heating and cooling are simultaneously performed for the heating side load and the cooling side load while autonomously balancing the heating heat amount and the cooling heat amount in the compression refrigeration cycle, respectively, The required temperature of the load can be met. Furthermore, since the refrigeration cycle is completed in a closed system, there is no need to connect pipes for use, and it can be shipped after the refrigerant is sealed during production, reducing the risk of refrigerant leakage, making it suitable for mass production and construction of a maintenance system. ing. Because it can be controlled simply by setting the target temperature, it can be incorporated into the design without specialized knowledge about the refrigeration cycle, and it can be easily introduced into plants, houses, etc. with technologies such as brine and water pipes. . Furthermore, a plurality of autonomous balanced heat pumps can coexist and can be easily rearranged as the factory line is changed.
本発明の実施の形態に係るヒートポンプユニット１を、図面にしたがって説明する。
本発明では、このヒートポンプユニット１は、圧縮冷凍サイクル内で加熱熱量と冷却熱量を自律的に平衡させながら、加熱側負荷と冷却側負荷に対してそれぞれ加熱と冷却を同時に行い、しかもそれぞれの負荷の要求温度を満たすことができる。
図１の構成図に示すように、ヒートポンプユニット１には、無端状の冷媒配管３に、圧縮機５、第１負荷用熱交換器７、第１膨張弁９、調整用熱交換器１１、第２膨張弁１３、第２負荷用熱交換器１５がこの順に介挿されている。また、四方弁１７が介挿されており、四方弁１７の切り替えにより、図２の白矢印に示すように、冷媒循環経路が圧縮機５、第１負荷用熱交換器７、第１膨張弁９、調整用熱交換器１１、第２膨張弁１３、第２負荷用熱交換器１５、圧縮機５となる場合と、図３の白矢印に示すように、冷媒循環経路が圧縮機５、第２負荷用熱交換器１５、第２膨張弁１３、調整用熱交換器１１、第１膨張弁９、第１負荷用熱交換器７、圧縮機５となる配管構成になる場合とに使い分けられる。この明細書では、前者の冷媒循環経路を「ノーマルモード」、後者の冷媒循環経路を「リバースモード」と定義する。
A
In the present invention, the
As shown in the block diagram of FIG. 1, the
圧縮機５は容量可変になっている。
第１膨張弁９と第２膨張弁１３は共に開度可変になっており、開度が１００％の場合には膨張弁として有効な開度よりはるかに大きく圧力比が生じない程度まで開いて無効化できる膨張弁を用いる。運転中は、一方の膨張弁が無効化され、他方の膨張弁が１００％未満の開度で有効化される。
「ノーマルモード」では、第１膨張弁９が無効化され、第２膨張弁１３が有効化された場合には、調整用熱交換器１１が放熱器として作用し、第１膨張弁９が有効化され、第２膨張弁１３が無効化されたときには、調整用熱交換器１１が吸熱器として作用することになる。「リバースモード」では逆になる。
調整用熱交換器１１には風量の調整可能なファンが備えられており、放熱量乃至吸熱量は調整できるようになっている。
The
Both the
In the “normal mode”, when the
The
符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは温度センサー類になっており、Ａ〜Ｆは冷媒温度を測定し、Ｇ〜Ｈは負荷温度を測定する。
「ノーマルモード」では、「Ａ」は吐出温度を、「Ｂ」は凝縮（吸熱時）温度を、「Ｃ」は蒸発（吸熱時）温度を、「Ｄ」は凝縮（放熱時）温度を、「Ｅ」は蒸発（放熱時）温度を、「Ｆ」は吸入温度を測定し、「Ｇ」は第１負荷用熱交換器７の出口温度（例えば温水出口温度）を、「Ｈ」は第２負荷用熱交換器１５の出口温度（例えば冷水出口温度）を測定することになる。
一方、「リバースモード」では、「Ｆ」は吐出温度を、「Ｅ」は凝縮（吸熱時）温度を、「Ｄ」は蒸発（吸熱時）温度を、「Ｃ」は凝縮（放熱時）温度を、「Ｂ」は蒸発（放熱時）温度を、「Ａ」は吸入温度を測定し、「Ｇ」は第１負荷用熱交換器７の出口温度を、「Ｈ」は第２負荷用熱交換器１５の出口温度を測定することになる。
Reference signs A, B, C, D, E, F, G, and H are temperature sensors, A to F measure the refrigerant temperature, and G to H measure the load temperature.
In “normal mode”, “A” is the discharge temperature, “B” is the condensation (endothermic) temperature, “C” is the evaporation (endothermic) temperature, “D” is the condensation (heat dissipation) temperature, “E” measures the evaporation (heat dissipation) temperature, “F” measures the suction temperature, “G” denotes the outlet temperature of the first load heat exchanger 7 (eg, hot water outlet temperature), and “H” denotes the first temperature. The outlet temperature of the two-load heat exchanger 15 (for example, the cold water outlet temperature) will be measured.
On the other hand, in “reverse mode”, “F” is the discharge temperature, “E” is the condensation (endothermic) temperature, “D” is the evaporation (endothermic) temperature, and “C” is the condensation (heat dissipation) temperature. , “B” measures the evaporation (during heat dissipation) temperature, “A” measures the suction temperature, “G” indicates the outlet temperature of the first
制御装置１９は、温度センサー類Ａ〜Ｈの測定結果を受け取ると共に、四方弁１７の切り替え、圧縮機５の容量、第１膨張弁９と第２膨張弁１３の開度、調整用熱交換器１１のファンの回転数を制御する。制御装置１９は、安全と冷凍サイクルの性能の維持のための動作を最優先とした上で、加熱や冷却の設定温度を達成することを制御方針としており、想定される冷媒の動作パターンと上記の冷凍サイクルに与える影響を考慮して制御することになる。
従って、当然ながら、吐出温度については常時監視し、許容限界を超えた場合にはインターロックをかける保護制御を行う。保護制御は深刻でない場合には圧縮機５の容量を下げるか、第１、２膨張弁９、１３を開き圧力比を下げるか、調整用熱交換器１１のファンの回転数を大きくするなどの対策を行うことができる。さらに吐出側に高圧スイッチを設けたり、圧縮機５内部に高温高圧センサーを設けたりしてそれらの情報によっても停止するなどの対策と併用することでより安全性を高めることができる。凝縮温度については冷媒の特性から知られる上限設定値を超えないように制御することを優先する。
膨張弁９、１３については蒸発温度を操作するためにテクニカルに利用することもできるが、基本的にはスーパーヒート（ＳＨ）（＝吸入温度−蒸発温度）としての適正量（０〜４℃）を確保するように制御することを優先する。
The
Therefore, of course, the discharge temperature is constantly monitored, and when the allowable limit is exceeded, protection control for interlocking is performed. When the protection control is not serious, the capacity of the
The
「ノーマルモード」での冷媒の動作パターンについて説明する。
先ず、基本パターンについて、図４にしたがって説明する。
１．加熱のみ
圧縮機５で圧縮され高圧高温になって吐出された蒸気冷媒は、第１負荷用熱交換器７で負荷を加熱することで凝縮液化する。そして、第１膨張弁９（有効化）で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となった後、調整用熱交換器１１で吸熱することで蒸発気化し、圧縮機５に吸入され再び圧縮される。
The operation pattern of the refrigerant in the “normal mode” will be described.
First, the basic pattern will be described with reference to FIG.
1. Heating only The vapor refrigerant compressed by the
２．加熱冷却（吸熱）
圧縮機５で圧縮され高圧高温になって吐出された蒸気冷媒は、第１負荷用熱交換器７で負荷を加熱することで凝縮液化する。そして、第１膨張弁９（有効化）で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となった後、調整用熱交換器１１で吸熱するとともに第２負荷用熱交換器１５で負荷を冷却することで蒸発気化し、圧縮機５に吸入され再び圧縮される。
2. Heating and cooling (endothermic)
The vapor refrigerant compressed by the
３．加熱冷却（吸放熱無し）
圧縮機５で圧縮され高圧高温になって吐出された蒸気冷媒は、第１負荷用熱交換器７で負荷を加熱することで凝縮液化する。そして、第１膨張弁９（有効化）または第２膨張弁１３（有効化）で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となった後、第２負荷用熱交換器１５で負荷を冷却することで蒸発気化し、圧縮機５に吸入され再び圧縮される。
3. Heating and cooling (no heat dissipation)
The vapor refrigerant compressed by the
４．加熱冷却（放熱）
圧縮機５で圧縮され高圧高温になって吐出された蒸気冷媒は、第１負荷用熱交換器７で負荷を加熱すると共に調整用熱交換器１１で放熱して凝縮液化する。そして、第２膨張弁１３（有効化）で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となった後、第２負荷用熱交換器１５で負荷を冷却することで蒸発気化し、圧縮機５に吸入され再び圧縮される。
4). Heating and cooling (heat dissipation)
The vapor refrigerant compressed by the
５．冷却のみ
圧縮機５で圧縮され高圧高温になって吐出された蒸気冷媒は、調整用熱交換器１１で放熱することで凝縮液化する。そして、第２膨張弁１３（有効化）で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となった後、第２負荷用熱交換器１５で負荷を冷却することで蒸発気化し、圧縮機５に吸入され再び圧縮される。
5. Cooling only The vapor refrigerant compressed by the
次に、調整パターンについて、図５にしたがって説明する。
６．両方加熱
基本的には動作パターン２の変形で本来の加熱動作ではないが、調整用熱交換器１１の吸熱量を過大にして蒸発温度を上げることによって第２負荷用熱交換器１５に若干の温度上昇の圧力をかける場合である。
Next, the adjustment pattern will be described with reference to FIG.
6). Both heating Basically, it is not an original heating operation due to the deformation of the operation pattern 2, but by increasing the heat absorption amount of the
７．両方冷却
基本的には動作パターン４の変形で本来の冷却動作ではないが、調整用熱交換器１１の放熱量を過大にして凝縮温度を下げることによって第２負荷用熱交換器１５に若干の温度下降の圧力をかける場合である。
7). Both coolings are basically not the original cooling operation due to the deformation of the operation pattern 4, but the heat radiation amount of the
「リバースモード」では、「ノーマルモード」と冷媒循環経路が逆方向になるので、冷媒の動作パターンの遷移方向が逆になる。
第１膨張弁９を有効化したときに調整用熱交換器１１が「ノーマルモード」では吸熱器、「リバースモード」では放熱器として働き、第２膨張弁１３を有効化したときに調整用熱交換器１１が「ノーマルモード」では放熱器、「リバースモード」では吸熱器として働くことになる。
In the “reverse mode”, the refrigerant circulation path is opposite to that in the “normal mode”, so that the transition direction of the refrigerant operation pattern is reversed.
When the
次に、運転モード毎に、冷媒循環経路と、冷媒の動作パターンと、圧縮機５、調整用熱交換器１１、第１膨張弁９、第２膨張弁１３の制御指針について説明する。
Next, the refrigerant circulation path, the refrigerant operation pattern, and the control guidelines for the
１．第１負荷用熱交換器７での温度制御のみ
冷媒循環経路は加熱する場合には「ノーマルモード」に、冷却する場合には「リバースモード」に設定する。
そして、第１負荷用熱交換器７の温度制御を優先し、次に運転効率を考慮して制御する。
制御装置１９は、「ノーマルモード」の場合には、以下のように各別に制御指令を発する。
圧縮機５の出力容量：第１負荷用熱交換器７の出口温度（＝温度センサーＧ値）が設定温度になるように容量を調整する。（容量が大きいほど加熱温度は高くなる。）
調整用熱交換器１１のファンの回転数：凝縮温度（＝温度センサーＢ値、または温度センサーＤ値）を一定に保つか、または全速にして設定温度への到達を優先する。
第１膨張弁９、第２膨張弁１３：一方を有効化し、スーパーヒート（＝温度センサーＦ値−温度センサーＣ値、または温度センサーＦ値−温度センサーＥ値）が一定になるように開度を調整する。
1. Only temperature control in the first
And priority is given to the temperature control of the
In the “normal mode”, the
Output capacity of the compressor 5: The capacity is adjusted so that the outlet temperature (= temperature sensor G value) of the first
The number of rotations of the fan of the adjustment heat exchanger 11: The condensation temperature (= temperature sensor B value or temperature sensor D value) is kept constant, or priority is given to reaching the set temperature at full speed.
制御装置１９は、「リバースモード」の場合には、以下のように各別に制御指令を発する。
圧縮機５の出力容量：第１負荷用熱交換器７の出口温度（＝温度センサーＧ値）が設定温度になるように出力容量を調整する。（容量が大きいほど冷却温度は低くなる。）
調整用熱交換器１１のファンの回転数：凝縮温度（＝温度センサーＥ値、または温度センサーＣ値）を一定に保つか、または全速にして設定温度への到達を優先する。
第１膨張弁９、第２膨張弁１３：一方を有効化し、スーパーヒート（＝温度センサーＡ値−温度センサーＤ値、または温度センサーＡ値−温度センサーＢ値）が一定になるように開度を調整する。
In the “reverse mode”, the
Output capacity of the compressor 5: The output capacity is adjusted so that the outlet temperature (= temperature sensor G value) of the first
The number of rotations of the fan of the
２．第２負荷用熱交換器１５での温度制御のみ
冷媒循環経路は加熱する場合には「リバースモード」に、冷却する場合には「ノーマルモード」に設定する。そして、第２負荷用熱交換器１５の温度制御を優先し、次に運転効率を考慮して制御する。
制御装置１９は、「リバースモード」の場合には、以下のように各に制御指令を発する。
圧縮機５の出力容量：第２負荷用熱交換器１５の出口温度（＝温度センサーＨ値）が設定温度になるように出力容量を調整する。（容量が大きいほど加熱温度は高くなる。）
調整用熱交換器１１のファンの回転数：凝縮温度（＝温度センサーＥ値、または温度センサーＣ値）を一定に保つか、または全速にして設定温度への到達を優先する。
第１膨張弁９、第２膨張弁１３：一方を有効化し、スーパーヒート（＝温度センサーＡ値−温度センサーＤ値、または温度センサーＡ値−温度センサーＢ値）が一定になるように開度を調整する。
2. Only the temperature control in the
In the “reverse mode”, the
Output capacity of the compressor 5: The output capacity is adjusted so that the outlet temperature (= temperature sensor H value) of the second
The number of rotations of the fan of the
制御装置１９は、「ノーマルモード」の場合には、以下のように各に制御指令を発する。
圧縮機５の出力容量：第２負荷用熱交換器１５の出口温度（＝温度センサーＨ値）を設定温度になるように出力容量を調整する。（容量が大きいほど冷却温度は低くなる。）
調整用熱交換器１１のファンの回転数：凝縮温度（＝温度センサーＢ値、または温度センサーＤ値）を一定に保つか、または全速にして設定温度への到達を優先する。
第１膨張弁９、第２膨張弁１３：一方を有効化し、スーパーヒート（＝温度センサーＦ値−温度センサーＣ値、または温度センサーＦ値−温度センサーＥ値）が一定になるように開度を調整する。
In the “normal mode”, the
Output capacity of the compressor 5: The output capacity is adjusted so that the outlet temperature (= temperature sensor H value) of the second
The number of rotations of the fan of the adjustment heat exchanger 11: The condensation temperature (= temperature sensor B value or temperature sensor D value) is kept constant, or priority is given to reaching the set temperature at full speed.
上記したように、一方の負荷用熱交換器だけで温度制御する場合には、図６に示すように、加熱側または冷却側の熱交換率の高低により、各別のモリエル線図に収束し、その状態を維持するように運転される。 As described above, when temperature control is performed using only one load heat exchanger, as shown in FIG. 6, the heat exchange rate on the heating side or the cooling side is converged to different Mollier diagrams. Driven to maintain that state.
加熱温度のみを設定した場合には、圧縮機容量は吸熱側の熱交換効率に依存するので、その熱交換効率が低いときはスーパーヒートを適正に維持するため膨張弁を絞って圧力比を大きくするため成績係数（ＣＯＰ）が低下するとともに冷却側の温度は低下し、その熱交換効率が高いときはスーパーヒートを適正に維持するため膨張弁を開いて圧力比を小さくするため成績係数（ＣＯＰ）が向上するとともに、冷却側の温度は上昇する。
一方、冷却温度のみを設定した場合には、圧縮機の圧力比は加熱側の熱交換効率に依存するので、その熱交換効率が低いときはスーパーヒートを適正に維持するため膨張弁を絞って圧力比を大きくするため成績係数（ＣＯＰ）が低下するとともに加熱側の温度は上昇し、その熱交換効率が高いときはスーパーヒートを適正に維持するため膨張弁を開いて圧力比を小さくするため成績係数（ＣＯＰ）が向上するとともに加熱側の温度は下がる。
When only the heating temperature is set, the compressor capacity depends on the heat exchange efficiency on the endothermic side.When the heat exchange efficiency is low, the pressure ratio is increased by narrowing the expansion valve to maintain the superheat properly. As a result, the coefficient of performance (COP) decreases and the temperature on the cooling side decreases. When the heat exchange efficiency is high, the coefficient of performance (COP) is used to reduce the pressure ratio by opening the expansion valve in order to maintain superheat appropriately. ) Improves and the temperature on the cooling side increases.
On the other hand, when only the cooling temperature is set, the pressure ratio of the compressor depends on the heat exchange efficiency on the heating side, so when the heat exchange efficiency is low, the expansion valve should be throttled to maintain superheat appropriately. In order to increase the pressure ratio, the coefficient of performance (COP) decreases and the temperature on the heating side rises. When the heat exchange efficiency is high, the expansion ratio is opened to reduce the pressure ratio in order to maintain superheat properly. The coefficient of performance (COP) improves and the temperature on the heating side decreases.
３．第１負荷用熱交換器７および第２負荷用熱交換器１５での温度制御
冷媒循環経路は第１負荷用熱交換器７での設定温度が第２負荷用熱交換器１５の設定温度より高いまたは同じ場合には「ノーマルモード」に、低い場合には「リバースモード」に設定する。そして、制御装置１９は、以下のように各別に制御指令を発する。
圧縮機５の出力容量：
圧縮機５は第１負荷用熱交換器７・第２負荷用熱交換器１５に与える熱量の大きさを制御する。概念的にはモリエル線図の横軸を支配する。つまり第１負荷用熱交換器７・第２負荷用熱交換器１５の両方が設定した温度に達するように調整する。
設定温度に到達するまでに様々なロジックが考えられるが、たとえば第１負荷用熱交換器７の出口温度と第２負荷用熱交換器１５の出口温度の設定温度の差（＝設定差）と、実際の温度差（＝測定差＝温度センサーＧ値−温度センサーＨ値）とのギャップがゼロになるようにＰＩＤ制御またはその他の制御を行う。
調整用熱交換器１１のファンの回転数：
調整用熱交換器１１は冷凍サイクル内部の全熱量を制御する。概念的には凝縮温度と蒸発温度を同時に上下させ、モリエル線図全体を相対的に上方または下方に移動させ目標とするモリエル線図に重ね合わせる役割を持つ。つまり、第１負荷用熱交換器７、第２負荷用熱交換器１５のそれぞれの設定温度との差を最小にするように調整する。
設定温度に到達するまでに様々なロジックが考えられるが、たとえば設定差の中点温度に測定差の中点温度が一致するようにＰＩＤ制御またはその他の制御を行う。
第１膨張弁９、第２膨張弁１３：
膨張弁は概念的には圧力比を変化させて凝縮温度と蒸発温度の差を調整し、モリエル線図の高さを決定する。膨張弁を絞って圧力比を高くすれば第１負荷用熱交換器７の出口温度と第２負荷用熱交換器の出口温度の差が拡大し、膨張弁を開いて圧力比を低くすれば第１負荷用熱交換器７の出口温度と第２負荷用熱交換器１５の出口温度の差は縮小する。したがって、第１負荷用熱交換器７の出口温度と第２負荷用熱交換器１５の出口温度の差が第１負荷用熱交換器７の設定温度と第２負荷用熱交換器１５の設定温度の差になるように調整する。ただし負荷との正常なバランスを常に保つ必要があるため、スーパーヒートが一定以上になるように開度を調整する必要がある場合がある。「ノーマルモード」と「リバースモード」では、上記の第１負荷用熱交換器７の温度制御のみの場合で説明したように、スーパーヒートを測定する温度センサーは異なる。
3. Temperature control in the first
Output capacity of the compressor 5:
The
Various logics are conceivable until the set temperature is reached. For example, the difference between the set temperature of the outlet temperature of the first
The rotation speed of the fan of the adjustment heat exchanger 11:
The
Various logics are conceivable until the set temperature is reached. For example, PID control or other control is performed so that the midpoint temperature of the measurement difference matches the midpoint temperature of the set difference.
The expansion valve conceptually changes the pressure ratio to adjust the difference between the condensation temperature and the evaporation temperature, and determines the height of the Mollier diagram. If the expansion valve is throttled to increase the pressure ratio, the difference between the outlet temperature of the first
「ノーマルモード」では、第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より低く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より高いときには、それぞれの負荷に応じて冷媒の動作パターン２、３または４になる。第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より低く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より低いときには、冷媒の動作パターン６になる。第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より高く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より高いときには、冷媒の動作パターン７になる。
In the “normal mode”, when the outlet temperature of the first
「リバースモード」では、第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より低く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より高いときには、それぞれの負荷に応じて冷媒の動作パターン２、３または４の配管構成になる。第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より低く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より低いときには、冷媒の動作パターン７の配管構成になる。第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より高く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より高いときには、冷媒の動作パターン６の配管構成になる。
In the “reverse mode”, when the outlet temperature of the first
図７の一例の遷移イメージ図に示すように、第１負荷用熱交換器７と第２負荷用熱交換機１５の出口温度が設定温度に近づいて一定のモリエル線図に収束し、その状態を維持するように運転される。
図８に示すように、加熱容量と冷却容量の大小により、モリエル線図は各別となる。
As shown in the transition image diagram of the example of FIG. 7, the outlet temperatures of the first
As shown in FIG. 8, the Mollier diagrams are different depending on the heating capacity and the cooling capacity.
そして、「ノーマルモード」では、第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より高く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より低いときには、以下の式を満たす場合に「リバースモード」に切り替えられる。
ところで、第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より高く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より高い場合や、第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より低く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より低い場合も考慮してモード切り替えの判断基準としては、（第１負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）=（第２負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）という線上で切り替えるのが本来は妥当である。しかしながら「ノーマルモード」から「リバースモード」への切り替えまたはその逆への切り替えにより、圧縮冷凍サイクルが停止するので温度保証の精度が落ちてしまう。したがって、すき間値を設け、その値を超えたときに切り替えることとし、すき間値の領域においては図５に示される調整パターンや第１負荷用熱交換器や第２負荷用熱交換器の負荷を利用することによって継続的かつスムーズに設定目標値を目指すようにする。
（式１）
（第１負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）−（第２負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）＜−（すき間値）
また、「リバースモード」では、第１負荷用熱交換器７の出口温度が設定温度より高く、第２負荷用熱交換器１５の出口温度が設定温度より低いときには、以下の式を満たす場合に「ノーマルモード」に切り替えられる。
（式２）
（第１負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）−（第２負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）＞＋（すき間値）
In the “normal mode”, when the outlet temperature of the first
By the way, when the outlet temperature of the first
(Formula 1)
(Measured temperature of the first load heat exchanger-set temperature)-(Measured temperature of the second load heat exchanger-set temperature) <-(clearance value)
In the “reverse mode”, when the outlet temperature of the first
(Formula 2)
(Measured temperature of the heat exchanger for the first load-set temperature)-(Measured temperature of the heat exchanger for the second load-set temperature)> + (clearance value)
図９は冷媒の動作パターンを二次元でイメージ化したものである。この図に示すように、過吸熱乃至過放熱の境界線と、すき間値線との間を緩衝領域とし、その緩衝領域を超えたときに切り替えすることとした。
すき間値は、例えば、設定温度が４０℃の場合に＋１℃程度に設定する。
FIG. 9 is a two-dimensional image of the refrigerant operation pattern. As shown in this figure, a region between the boundary line of overheat absorption or overheat dissipation and the gap value line is defined as a buffer region, and switching is performed when the buffer region is exceeded.
The clearance value is set to about + 1 ° C. when the set temperature is 40 ° C., for example.
すべてのヒートポンプに共通の原理として、ヒートポンプの効率を表す成績係数（ＣＯＰ）は加熱と冷却の温度差に反比例する。つまりヒートポンプの効率というのは固定されるものではなく、原理的に利用者の意図する仕事の内容によって変化するということである。それは水を汲むポンプにおいて一つのポンプでも要求される揚程によって排出量が変化するのと全く変わるところがない。したがって設定差が小さいときはヒートポンプの効率が高くなり、設定差が大きいときはヒートポンプの効率が低くなる。たとえばヒートポンプの代表格であるエアコンで表示される成績係数（ＣＯＰ）はあくまでも一定かつ理想的な条件下で測定されたものであって、外気の温度（顕熱）や湿度（潜熱）等の状態によって大きく変化することは周知のとおりである。
本発明のヒートポンプユニットもその例外ではなく、ヒートポンプの原理を逃れるものではない。重要なのは、要求される仕事の内容にスムーズに対応し、効率の低くなる仕事であれ高くなる仕事であれ、常に仕事の内容に見合った適切な成績係数で稼働するところにある。
As a principle common to all heat pumps, the coefficient of performance (COP) representing the efficiency of the heat pump is inversely proportional to the temperature difference between heating and cooling. In other words, the efficiency of the heat pump is not fixed, but in principle changes depending on the content of the work intended by the user. That is, in the pump that draws water, there is no difference between the amount of discharge being changed by the head required for even one pump. Therefore, when the setting difference is small, the efficiency of the heat pump is high, and when the setting difference is large, the efficiency of the heat pump is low. For example, the coefficient of performance (COP) displayed on an air conditioner, which is a typical heat pump, is measured only under constant and ideal conditions, and the conditions such as outside air temperature (sensible heat) and humidity (latent heat) As is well known, it varies greatly depending on the case.
The heat pump unit of the present invention is no exception, and does not escape the principle of the heat pump. What is important is that it responds smoothly to the required job content, and always operates with an appropriate coefficient of performance corresponding to the job content, whether it is a job with low efficiency or a job with high efficiency.
温度指令については、制御装置１９に有線または無線の通信網を接続させておき、その通信網を介して制御装置１９が受信する構成にしても、または、制御装置１９に制御用通信手段を備えさせ、その制御用通信手段により外部の別の制御装置から制御装置１９が受信する構成にしてもよい。或いは、制御装置１９に外部のスイッチ・リレー・プログラマブルコントローラ等との信号入出力手段を備えさせ、その信号入出力手段により外部のスイッチ・リレー・プログラマブルコントローラ等から制御装置１９が受信する構成にしてもよい。
いずれにしても、本発明のヒートポンプユニットは、制御装置１９は圧縮機等への各別の制御指令ではなく、温度指令を受信してユニット全体を制御する構成に構築できる。
For the temperature command, a wired or wireless communication network is connected to the
In any case, the heat pump unit of the present invention can be constructed such that the
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
本発明のヒートポンプユニットは蒸気圧縮式冷凍サイクルであれば冷媒の種類・圧縮機の種類・調整用熱交換器の種類には依存しない。たとえば冷媒はフッ素化合物に限るものではなく、二酸化炭素・アンモニア・プロパン等様々な冷媒を使用でき、圧縮機はスクロール式のほかロータリー式・ピストン式スクリュー式に限らず使用できる。また、調整用熱交換器は、ファンやブロワによって交換熱量を可変できる外気熱交換器のほか、たとえば地中熱や河川・地下水との熱交換を行うための熱交換器も含む。
本発明のヒートポンプユニットは、汎用型であることを最大の特徴としており、上記した冷温水の取出しだけでなく、乾燥装置や、農業ハウスの冷暖房や、水の蒸留や、工場における排熱のカスケード利用や、店舗のショーケースの適温保持等にも有用である。
また、熱交換器で熱交換する系外のものは空気に限定されず、地下水や河川水でもよい。
The embodiment of the present invention has been described in detail above. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the present invention can be changed even if there is a design change without departing from the gist of the present invention. included.
If the heat pump unit of the present invention is a vapor compression refrigeration cycle, it does not depend on the type of refrigerant, the type of compressor, or the type of heat exchanger for adjustment. For example, the refrigerant is not limited to fluorine compounds, and various refrigerants such as carbon dioxide, ammonia, and propane can be used. The compressor can be used not only in the scroll type but also in the rotary type and the piston type screw type. Moreover, the heat exchanger for adjustment includes a heat exchanger for exchanging heat with, for example, underground heat or river / ground water, in addition to an outdoor air heat exchanger whose amount of exchange heat can be varied by a fan or a blower.
The heat pump unit of the present invention is characterized by being a general-purpose type. Not only the above-mentioned cold / hot water extraction, but also a drying device, a cooling / heating of an agricultural house, water distillation, and a cascade of exhaust heat in a factory. It is also useful for use and for maintaining the appropriate temperature of a store showcase.
Moreover, the thing outside the system which heat-exchanges with a heat exchanger is not limited to air, Ground water and river water may be sufficient.
本発明の自律平衡型ヒートポンプユニットでは、ユニットだけの作動で加熱・冷却対象を所望の温度に加熱・冷却でき、ヒートポンプユニットを組み込んだシステムが全体として複雑化せずに済む。 In the self-balancing heat pump unit of the present invention, the heating / cooling target can be heated / cooled to a desired temperature only by the operation of the unit, and the system incorporating the heat pump unit does not need to be complicated as a whole.
１…自律平衡型ヒートポンプユニット
３…無端状の冷媒配管 ５…圧縮機
７…第１負荷用熱交換器 ９…第１膨張弁
１１…調整用熱交換器 １３…第２膨張弁
１５…第２負荷用熱交換器 １７…四方弁
１９…制御装置
Ａ〜Ｆ…（冷媒測定用の）温度センサー
Ｇ、Ｈ…（負荷用熱交換器の出口温度測定用の）温度センサー
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記四方弁の切り替えにより、冷媒循環経路が、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機となるか、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機となる自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、By switching the four-way valve, the refrigerant circulation path becomes the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, the adjustment heat exchanger, the second expansion valve, and the second load heat. The exchanger, the compressor, or the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, the adjustment heat exchanger, the first expansion valve, the first load heat exchanger In the operation method of the autonomous balanced heat pump unit serving as the compressor,
前記第１負荷用熱交換器を加熱し、前記第２負荷用熱交換器を冷却するときには、前記冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機とするノーマルモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の加熱と前記第２負荷用熱交換器による負荷の冷却、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転し、When heating the first load heat exchanger and cooling the second load heat exchanger, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, The adjustment heat exchanger, the second expansion valve, the second load heat exchanger, and the compressor are set in a normal mode, and the first load heat exchanger corresponding to the temperature of each load. The load is heated by the second load heat exchanger, the load is cooled by the heat exchanger for the second load, the load is heated by the heat exchanger for both loads, or the load is cooled by the heat exchanger for both loads. To maintain each load at the set temperature,
前記第１負荷用熱交換器を冷却し、前記第２負荷用熱交換器を加熱するときには、冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機とするリバースモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の冷却と前記第２負荷用熱交換器による負荷の加熱、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転するが、When the first load heat exchanger is cooled and the second load heat exchanger is heated, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, The heat exchanger for adjustment, the first expansion valve, the heat exchanger for the first load, and the compressor are set in the reverse mode, and the heat exchanger for the first load corresponds to the temperature of each load. Cooling of the load and heating of the load by the second load heat exchanger, heating to the respective loads by both load heat exchangers, or cooling to the respective loads by both load heat exchangers To maintain each load at the set temperature,
前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を下回り、前記第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を上回るときにはノーマルモードを優先して前記第１負荷用熱交換器を加熱するとともに前記第２負荷用熱交換器を冷却し、前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を上回り、前記第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を下回るときにはリバースモードを優先して前記第１負荷用熱交換器を冷却するとともに前記第２負荷用熱交換器を加熱することを特徴とする運転方法。The outlet temperature of the first load heat exchanger is lower than the set temperature of the first load heat exchanger, and the outlet temperature of the second load heat exchanger is lower than the set temperature of the second load heat exchanger. When exceeding, the first load heat exchanger is heated in preference to the normal mode and the second load heat exchanger is cooled, and the outlet temperature of the first load heat exchanger is the first load heat. When the temperature exceeds the set temperature of the exchanger and the outlet temperature of the second load heat exchanger is lower than the set temperature of the second load heat exchanger, the reverse load is prioritized to cool the first load heat exchanger. And heating the second load heat exchanger.
前記四方弁の切り替えにより、冷媒循環経路が、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機となるか、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機となる自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、By switching the four-way valve, the refrigerant circulation path becomes the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, the adjustment heat exchanger, the second expansion valve, and the second load heat. The exchanger, the compressor, or the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, the adjustment heat exchanger, the first expansion valve, the first load heat exchanger In the operation method of the autonomous balanced heat pump unit serving as the compressor,
前記第１負荷用熱交換器を加熱し、前記第２負荷用熱交換器を冷却するときには、前記冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機とするノーマルモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の加熱と前記第２負荷用熱交換器による負荷の冷却、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転し、When heating the first load heat exchanger and cooling the second load heat exchanger, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, The adjustment heat exchanger, the second expansion valve, the second load heat exchanger, and the compressor are set in a normal mode, and the first load heat exchanger corresponding to the temperature of each load. The load is heated by the second load heat exchanger, the load is cooled by the heat exchanger for the second load, the load is heated by the heat exchanger for both loads, or the load is cooled by the heat exchanger for both loads. To maintain each load at the set temperature,
前記第１負荷用熱交換器を冷却し、前記第２負荷用熱交換器を加熱するときには、冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機とするリバースモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の冷却と前記第２負荷用熱交換器による負荷の加熱、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転するが、When the first load heat exchanger is cooled and the second load heat exchanger is heated, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, The heat exchanger for adjustment, the first expansion valve, the heat exchanger for the first load, and the compressor are set in the reverse mode, and the heat exchanger for the first load corresponds to the temperature of each load. Cooling of the load and heating of the load by the second load heat exchanger, heating to the respective loads by both load heat exchangers, or cooling to the respective loads by both load heat exchangers To maintain each load at the set temperature,
前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を下回り、第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を下回るとき、前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはノーマルモードで前記第１負荷用熱交換器を優先的に加熱し、前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはリバースモードで前記第２負荷用熱交換器を優先的に加熱し、The outlet temperature of the first load heat exchanger is lower than the set temperature of the first load heat exchanger, and the outlet temperature of the second load heat exchanger is lower than the set temperature of the second load heat exchanger. When the difference between the outlet temperature of the first load heat exchanger and the set temperature is larger than the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature, the heat exchanger for the first load in the normal mode. When the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature is larger than the difference between the outlet temperature of the first load heat exchanger and the set temperature, the second mode is set in reverse mode. Preferentially heat the load heat exchanger,
前記第１負荷用熱交換器の出口温度が前記第１負荷用熱交換器の設定温度を上回り、前記第２負荷用熱交換器の出口温度が前記第２負荷用熱交換器の設定温度を上回るとき、前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはリバースモードで前記第１負荷用熱交換器を優先的に冷却し、前記第２負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分が前記第１負荷用熱交換器の出口温度と設定温度の差分より大きいときはノーマルモードで前記第２負荷用熱交換器を優先的に冷却することを特徴とする運転方法。The outlet temperature of the first load heat exchanger is higher than the set temperature of the first load heat exchanger, and the outlet temperature of the second load heat exchanger is the set temperature of the second load heat exchanger. If the difference between the outlet temperature of the first load heat exchanger and the set temperature is greater than the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature, the heat exchange for the first load in the reverse mode. When the difference between the outlet temperature of the second load heat exchanger and the set temperature is larger than the difference between the outlet temperature of the first load heat exchanger and the set temperature, the first load is performed in the normal mode. An operation method characterized by preferentially cooling the heat exchanger for two loads.
前記四方弁の切り替えにより、冷媒循環経路が、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機となるか、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機となる自律平衡型ヒートポンプユニットの運転方法において、By switching the four-way valve, the refrigerant circulation path becomes the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, the adjustment heat exchanger, the second expansion valve, and the second load heat. The exchanger, the compressor, or the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, the adjustment heat exchanger, the first expansion valve, the first load heat exchanger In the operation method of the autonomous balanced heat pump unit serving as the compressor,
前記第１負荷用熱交換器を加熱し、前記第２負荷用熱交換器を冷却するときには、前記冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第１負荷用熱交換器、前記第１膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第２膨張弁、前記第２負荷用熱交換器、前記圧縮機とするノーマルモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の加熱と前記第２負荷用熱交換器による負荷の冷却、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転し、When heating the first load heat exchanger and cooling the second load heat exchanger, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the first load heat exchanger, the first expansion valve, The adjustment heat exchanger, the second expansion valve, the second load heat exchanger, and the compressor are set in a normal mode, and the first load heat exchanger corresponding to the temperature of each load. The load is heated by the second load heat exchanger, the load is cooled by the heat exchanger for the second load, the load is heated by the heat exchanger for both loads, or the load is cooled by the heat exchanger for both loads. To maintain each load at the set temperature,
前記第１負荷用熱交換器を冷却し、前記第２負荷用熱交換器を加熱するときには、冷媒循環経路を、前記圧縮機、前記第２負荷用熱交換器、前記第２膨張弁、前記調整用熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１負荷用熱交換器、前記圧縮機とするリバースモードに設定し、それぞれの負荷の温度に対応して前記第１負荷用熱交換器による負荷の冷却と前記第２負荷用熱交換器による負荷の加熱、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への加熱または、両方の負荷用熱交換器によるそれぞれの負荷への冷却を行うことによりそれぞれの負荷を設定温度に維持するよう運転するが、When the first load heat exchanger is cooled and the second load heat exchanger is heated, the refrigerant circulation path is connected to the compressor, the second load heat exchanger, the second expansion valve, The heat exchanger for adjustment, the first expansion valve, the heat exchanger for the first load, and the compressor are set in the reverse mode, and the heat exchanger for the first load corresponds to the temperature of each load. Cooling of the load and heating of the load by the second load heat exchanger, heating to the respective loads by both load heat exchangers, or cooling to the respective loads by both load heat exchangers To maintain each load at the set temperature,
ノーマルモードでは、以下の式を満たす場合にリバースモードに切り替え、In normal mode, switch to reverse mode if the following equation is satisfied:
（式１）(Formula 1)
（第１負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）−（第２負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）＜−（すき間値）(Measured temperature of the first load heat exchanger-set temperature)-(Measured temperature of the second load heat exchanger-set temperature) <-(clearance value)
リバースモードでは、以下の式を満たす場合にノーマルモードに切り替えるIn reverse mode, switch to normal mode if the following equation is satisfied:
（式２）(Formula 2)
（第１負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）−（第２負荷用熱交換器の測定温度−設定温度）＞＋（すき間値）(Measured temperature of the heat exchanger for the first load-set temperature)-(Measured temperature of the heat exchanger for the second load-set temperature)> + (clearance value)
ことを特徴とする運転方法。A driving method characterized by that.
前記ユニットが有線または無線の通信網との接続手段を備えた制御装置を備えており、前記制御装置が、前記通信網を介して受信した温度の設定指令に基づいて、圧縮機、四方弁、第１負荷用熱交換器、第１膨張弁、調整用熱交換器、第２膨張弁および第２負荷用熱交換器を制御することを特徴とする運転方法。 In the operation method of the autonomous balanced heat pump unit according to any one of claims 1 to 3,
The unit includes a control device provided with a connection means with a wired or wireless communication network, the control device based on a temperature setting command received via the communication network, a compressor, a four-way valve, An operation method comprising controlling a heat exchanger for a first load, a first expansion valve, a heat exchanger for adjustment, a second expansion valve, and a heat exchanger for a second load .
前記ユニットが制御用通信手段を有する制御装置を備えており、前記制御装置が、前記制御用通信手段によって外部の制御装置から受信した温度の設定指令に基づいて、圧縮機、四方弁、第１負荷用熱交換器、第１膨張弁、調整用熱交換器、第２膨張弁および第２負荷用熱交換器を制御することを特徴とする運転方法。The unit includes a control device having control communication means, and the control device receives a compressor, a four-way valve, a first one based on a temperature setting command received from an external control device by the control communication means. An operation method characterized by controlling a load heat exchanger, a first expansion valve, a regulating heat exchanger, a second expansion valve, and a second load heat exchanger.
前記ユニットが外部のスイッチ・リレー・プログラマブルコントローラ等との信号入出力手段を有する制御装置を備えて予め設定した温度を選択できるようになっており、前記制御装置が、前記制御信号入出力手段によって外部から受信した動作指令および温度の設定選択指令に基づいて、圧縮機、四方弁、第１負荷用熱交換器、第１膨張弁、調整用熱交換器、第２膨張弁および第２負荷用熱交換器を制御することを特徴とする運転方法。The unit is equipped with a control device having signal input / output means with an external switch, relay, programmable controller, etc., so that a preset temperature can be selected, and the control device can be selected by the control signal input / output means. Compressor, four-way valve, first load heat exchanger, first expansion valve, adjustment heat exchanger, second expansion valve, and second load based on externally received operation command and temperature setting selection command An operation method characterized by controlling a heat exchanger.
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