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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024141183
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置
(51)【国際特許分類】
F25B 1/00 20060101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
F25B1/00 321J
F25B1/00 396G
F25B1/00 304P
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023052689
(22)【出願日】2023-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006611
【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】高岡 亮
(57)【要約】
【課題】目標吐出過熱度が圧縮機仕様の下限値を下回らず、圧縮機の信頼性低下を抑制することができる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】圧縮機４、凝縮器として機能する利用側熱交換器６、膨張弁７及び蒸発器として機能する熱源側熱交換器８が配管で接続された冷媒回路９と、冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出手段２６と、圧縮機を加熱する加熱手段１１と、膨張弁の開度と圧縮機と加熱手段を制御する制御手段２５と、を備え、制御手段は、吐出過熱度が予め定めた吐出過熱度下限値を下回り、且つ、膨張弁の開度が所定の開度以下となったときに、加熱手段により前記圧縮機を加熱する。
【選択図】図１
【解決手段】圧縮機４、凝縮器として機能する利用側熱交換器６、膨張弁７及び蒸発器として機能する熱源側熱交換器８が配管で接続された冷媒回路９と、冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出手段２６と、圧縮機を加熱する加熱手段１１と、膨張弁の開度と圧縮機と加熱手段を制御する制御手段２５と、を備え、制御手段は、吐出過熱度が予め定めた吐出過熱度下限値を下回り、且つ、膨張弁の開度が所定の開度以下となったときに、加熱手段により前記圧縮機を加熱する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮機、凝縮器として機能する利用側熱交換器、膨張弁及び蒸発器として機能する熱源側熱交換器が配管で接続された冷媒回路と、
冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出手段と、
前記圧縮機を加熱する加熱手段と、
前記膨張弁の開度と前記圧縮機と前記加熱手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記吐出過熱度が予め定めた吐出過熱度下限値を下回り、且つ、前記膨張弁の開度が所定の開度以下となったときに、前記加熱手段により前記圧縮機を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置。
冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出手段と、
前記圧縮機を加熱する加熱手段と、
前記膨張弁の開度と前記圧縮機と前記加熱手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記吐出過熱度が予め定めた吐出過熱度下限値を下回り、且つ、前記膨張弁の開度が所定の開度以下となったときに、前記加熱手段により前記圧縮機を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項2】
前記制御手段は、前記吐出過熱度が前記吐出過熱度下限値以上となるまで、前記加熱手段による前記圧縮機の加熱を継続することを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項3】
前記利用側熱交換器は、水と前記冷媒を熱交換する水冷媒熱交換器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項4】
前記制御手段は、
前記吐出過熱度が予め定めた目標吐出過熱度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
前記吐出過熱度が予め定めた目標吐出過熱度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項5】
前記冷媒の過冷却度を算出する過冷却度算出手段を備え、
前記制御手段は、
前記過冷却度が予め定めた目標過冷却度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
前記制御手段は、
前記過冷却度が予め定めた目標過冷却度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項6】
前記所定の開度とは、前記膨張弁の最小開度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項7】
前記加熱手段は、前記圧縮機の筐体を温めるベルトヒーターであることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項8】
前記冷媒は、比熱比が１．３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
冷凍サイクル装置として、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管で接続した冷媒回路と、制御手段とを有し、圧縮機から吐出する冷媒の過熱度である吐出過熱度が目標吐出過熱度となるように、且つ、凝縮器から流出する冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように、制御手段が膨張弁の開度を制御する給湯装置が知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１の装置は、凝縮器におけるエンタルピー差が目標範囲内に設定されるように制御手段が膨張弁の開度を制御することで、給湯装置は要求される能力を発揮することができる。
【0003】
このとき、液圧縮による圧縮機の信頼性低下を抑制するため、蒸発器から流出する冷媒が過熱度＝０、且つ、乾き度＝１となるときの吐出過熱度を目標値（目標吐出過熱度）として膨張弁の開度を制御することが考えられる。
一方、冷媒の吐出過熱度が低い場合には冷凍機油への冷媒溶解度が増加して圧縮機の信頼性が低下してしまうので、圧縮機の仕様として、圧縮機の信頼性が低下しない吐出過熱度の下限値が設定されている。
一方、冷媒の吐出過熱度が低い場合には冷凍機油への冷媒溶解度が増加して圧縮機の信頼性が低下してしまうので、圧縮機の仕様として、圧縮機の信頼性が低下しない吐出過熱度の下限値が設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－４１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、所定の運転条件下では目標吐出過熱度が下限値を下回る場合があり、その場合には、制御手段が膨張弁の開度を小さく制御して目標吐出過熱度が下限値以上となるようにしている。特に、冷媒回路を循環する冷媒の循環量が少ない運転条件下では、圧縮機に吸入される冷媒の吸入過熱度の増加が緩やかであり、制御手段が膨張弁の開度を最小に制御にしても、目標吐出過熱度が下限値に達しないおそれがある。
また、Ｒ２９０など比熱比の小さい冷媒を使用する場合は比熱比が大きい冷媒と比較して圧縮過程におけるエンタルピーの増加量が小さくなる。そのため、吐出過熱度が下限値を上回るために必要な吸入過熱度が比較的に高くなり、目標吐出過熱度が下限値を下回るおそれがある。圧縮機の吸入圧力と吐出圧力との差が小さい低差圧運転時には更に圧縮過程におけるエンタルピーの増加量が小さくなるため、目標吐出過熱度が下限値を下回るおそれがある。
また、Ｒ２９０など比熱比の小さい冷媒を使用する場合は比熱比が大きい冷媒と比較して圧縮過程におけるエンタルピーの増加量が小さくなる。そのため、吐出過熱度が下限値を上回るために必要な吸入過熱度が比較的に高くなり、目標吐出過熱度が下限値を下回るおそれがある。圧縮機の吸入圧力と吐出圧力との差が小さい低差圧運転時には更に圧縮過程におけるエンタルピーの増加量が小さくなるため、目標吐出過熱度が下限値を下回るおそれがある。
【0006】
そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、目標吐出過熱度が圧縮機仕様の下限値を下回らず、圧縮機の信頼性低下を抑制することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
発明の一態様は、圧縮機、凝縮器として機能する利用側熱交換器、膨張弁及び蒸発器として機能する熱源側熱交換器が配管で接続された冷媒回路と、冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出手段と、圧縮機を加熱する加熱手段と、膨張弁の開度と圧縮機と加熱手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、吐出過熱度が予め定めた目標吐出過熱度となるように膨張弁の開度を制御するとともに、吐出過熱度が予め定めた吐出過熱度下限値を下回り、且つ、膨張弁の開度が所定の開度以下になったときに、加熱手段により圧縮機を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【発明の効果】
【0008】
本発明の冷凍サイクル装置によれば、目標吐出過熱度が圧縮機仕様の下限値を下回らず、圧縮機の信頼性低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明のヒートポンプサイクル装置としての第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置を示す回路図である。
【図2】ヒートポンプ式暖房装置の室外機を示す冷媒回路である。
【図4】第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置の制御方法を示す制御フローである。
【図5】圧縮機が低差圧運転を行うときの冷媒回路のモリエル線図である。
【図6】低比熱比の冷媒を使用するときの冷媒回路のモリエル線図である。
【図7】第２実施形態のヒートポンプ式暖房装置を示す回路図である。
【図8】第２実施形態のヒートポンプ式暖房装置の制御方法を示す制御フローである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【0011】
（第１実施形態）
図１は、本発明の冷凍サイクル装置としての第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の回路図である。
第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１は、室外機２と、室内機３とを有する。
室外機２は、圧縮機４と、四方弁５と、水と冷媒とを熱交換する利用側熱交換器６と、膨張弁７と、室外熱交換器８とが順次接続されて冷媒回路９が形成されている。なお、室外熱交換器８が、本発明の熱源側熱交換器に対応している。そして、四方弁５により冷媒が循環する方向を切り替える。室外熱交換器８へ外気を送風する室外ファン１０も設けられている。
圧縮機４には、圧縮機４の筐体を温めるベルトヒーター１１が設けられている。なお、ベルトヒーター１１が本発明における加熱手段に相当する。
図１は、本発明の冷凍サイクル装置としての第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の回路図である。
第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１は、室外機２と、室内機３とを有する。
室外機２は、圧縮機４と、四方弁５と、水と冷媒とを熱交換する利用側熱交換器６と、膨張弁７と、室外熱交換器８とが順次接続されて冷媒回路９が形成されている。なお、室外熱交換器８が、本発明の熱源側熱交換器に対応している。そして、四方弁５により冷媒が循環する方向を切り替える。室外熱交換器８へ外気を送風する室外ファン１０も設けられている。
圧縮機４には、圧縮機４の筐体を温めるベルトヒーター１１が設けられている。なお、ベルトヒーター１１が本発明における加熱手段に相当する。
【0012】
利用側熱交換器６が凝縮器として機能する場合において利用側熱交換器６の冷媒出口には、利用側熱交換器６を通過した冷媒の温度を検出する凝縮器出口冷媒温度センサ１５が設けられている。室外熱交換器８が蒸発器として機能する場合において室外熱交換器８の冷媒出口には、室外熱交換器８を通過した冷媒の温度を検出する蒸発器出口冷媒温度センサ１６が設けられている。室外熱交換器８が蒸発器として機能する場合において室外熱交換器８の冷媒入口には、室外熱交換器８に流入する冷媒の温度を検出する蒸発器入口冷媒温度センサ１７が設けられている。また、圧縮機４の吐出側には、冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ１８と冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサ１９が設けられている。
【0013】
室外機２の冷媒回路９を循環する冷媒として、例えば、比熱比が１．３以下のＲ２９０（プロパン）が使用されている。なお、比熱比が１．３を超える冷媒（例えばＲ３２）であっても良い。
室内機３は、室外機２の利用側熱交換器６で冷媒と熱交換された水が供給されるように構成されており、利用側熱交換器６、温水循環用ポンプ２０、水と室内の空気との間で熱交換を行う室内熱交換器２１が順次接続されて水循環路２２が形成されている。利用側熱交換器６の水の出口には水の出口温度を検出する図示しない温度センサが設けられている。また、室内機３には、室内熱交換器２１で熱交換された空気を室内へ送風する室内ファン２３が設けられている。
室内機３は、室外機２の利用側熱交換器６で冷媒と熱交換された水が供給されるように構成されており、利用側熱交換器６、温水循環用ポンプ２０、水と室内の空気との間で熱交換を行う室内熱交換器２１が順次接続されて水循環路２２が形成されている。利用側熱交換器６の水の出口には水の出口温度を検出する図示しない温度センサが設けられている。また、室内機３には、室内熱交換器２１で熱交換された空気を室内へ送風する室内ファン２３が設けられている。
【0014】
第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１は、四方弁５及び温水循環用ポンプ２０の駆動制御と、膨張弁７の開度制御と、圧縮機４の駆動制御と、ベルトヒーター１１の通電制御を行う制御手段２５を備えている。また、制御手段２５には、凝縮器出口冷媒温度センサ１５から冷媒の凝縮器出口温度が入力され、蒸発器出口冷媒温度センサ１６から蒸発器出口温度が入力される。
第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１は運転を開始すると、制御手段２５が温水循環用ポンプ２０を駆動し、利用側熱交換器６と室内熱交換器２１との間で水を循環させる。制御手段２５は、本実施形態特有の制御を行うプログラムが記憶されたマイコンが内蔵されており、除霜運転時に冷媒の循環方向を逆転させる際に四方弁５を切り替える。
第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１は運転を開始すると、制御手段２５が温水循環用ポンプ２０を駆動し、利用側熱交換器６と室内熱交換器２１との間で水を循環させる。制御手段２５は、本実施形態特有の制御を行うプログラムが記憶されたマイコンが内蔵されており、除霜運転時に冷媒の循環方向を逆転させる際に四方弁５を切り替える。
【0015】
次に、室外機２における冷媒回路９の冷媒の状態について、図２及び図３を参照して説明する。図２における冷媒回路９の基準点として、点Ａは圧縮機４と凝縮器（利用側熱交換器６に対応。以下、凝縮器６と表記）の間、点Ｂは凝縮器６と膨張弁（膨張弁７に対応。以下、膨張弁７と表記）の間、点Ｃは膨張弁７と蒸発器（室外熱交換器８に対応。以下、蒸発器８と表記）の間、点Ｄは蒸発器８と圧縮機４の間を示している。
【0016】
点Ａから点Ｄ、又は各点間における冷媒の状態は、図３のモリエル線図で示すように、以下の（１）～（８）の過程に従って変化する。（１）圧縮過程の冷媒（点Ｄ～Ａ間）は圧縮機４で圧縮され、圧力（縦軸）・温度共に上昇して高温高圧の過熱蒸気となる。（２）圧縮機４から吐出された冷媒（点Ａ）は、過熱状態の高圧気相冷媒である。（３）冷却過程の冷媒（点Ａ～Ｂ間）は凝縮器６で水循環路２２を流れている水と熱交換（水に放熱）することで、圧力が一定のまま、過熱蒸気、飽和蒸気、湿り蒸気、飽和液の各状態を経て高圧の過冷却液となる。（４）凝縮器６から流出した冷媒（点Ｂ）は、過冷却状態の高圧液相冷媒である。（５）膨張過程の冷媒（点Ｂ～Ｃ間）は、膨張弁７により膨張し、圧力（縦軸）・温度共に下降して湿り蒸気となる。（６）膨張弁７から流出した冷媒（点Ｃ）は、液リッチ（＝液相比率が高い）状態の低圧二相冷媒である。（７）蒸発過程の冷媒（点Ｃ～Ｄ間）は、蒸発器８で周囲空気と熱交換（吸熱）することで、圧力が一定のまま、湿り蒸気、飽和蒸気、の各状態を経て低圧の過熱蒸気となる。（８）蒸発器８から流出した冷媒（点Ｄ）は、過熱状態の低圧気相冷媒である。
【0017】
図３における点Ａの冷媒温度と、点Ａと同一圧力の飽和蒸気線上の点Ｅの飽和ガス温度との差が、圧縮機４から吐出された冷媒の過熱度で、冷媒の吐出過熱度とも呼ぶ。また、図３の点Ｂの冷媒温度と、点Ｂと同一圧力の飽和液線上の点Ｆの飽和液温度との差が冷媒の過冷却度である。
図３のモリエル線図の冷媒の吐出過熱度は、蒸発器８から流出した冷媒（点Ｄ）が飽和蒸気線上にある（吸入過熱度＝０、且つ、乾き度＝１）ときの目標値（目標吐出過熱度）としている。このときの目標吐出過熱度は、凝縮温度（圧力）と蒸発温度（圧力）の値によって変動する。
ここで、圧縮機４の仕様には、圧縮機４の信頼性を低下させない吐出過熱度の下限値（吐出過熱度下限値）が設定されている。圧縮機４の吐出過熱度下限値は、例えば１０℃に設定されている。
図３のモリエル線図の冷媒の吐出過熱度は、蒸発器８から流出した冷媒（点Ｄ）が飽和蒸気線上にある（吸入過熱度＝０、且つ、乾き度＝１）ときの目標値（目標吐出過熱度）としている。このときの目標吐出過熱度は、凝縮温度（圧力）と蒸発温度（圧力）の値によって変動する。
ここで、圧縮機４の仕様には、圧縮機４の信頼性を低下させない吐出過熱度の下限値（吐出過熱度下限値）が設定されている。圧縮機４の吐出過熱度下限値は、例えば１０℃に設定されている。
【0018】
ヒートポンプ式暖房装置１の制御手段２５は、図１に示すように、吐出過熱度算出手段２６と目標吐出過熱度算出手段２７と、を有している。
吐出過熱度算出手段２６は、現在の冷媒の吐出過熱度を算出する。具体的な算出方法は、吐出温度センサ１９で検出した冷媒の吐出温度と、図３で示した冷媒のモリエル線図における飽和蒸気線の飽和蒸気温度、つまり、凝縮温度（吐出圧力センサ１８で検出した冷媒の吐出圧力から換算）との差分により算出される。
吐出過熱度算出手段２６は、現在の冷媒の吐出過熱度を算出する。具体的な算出方法は、吐出温度センサ１９で検出した冷媒の吐出温度と、図３で示した冷媒のモリエル線図における飽和蒸気線の飽和蒸気温度、つまり、凝縮温度（吐出圧力センサ１８で検出した冷媒の吐出圧力から換算）との差分により算出される。
【0019】
また、目標吐出過熱度算出手段２７は、吐出圧力センサ１８の検出値から換算された冷媒の凝縮温度と、蒸発器入口冷媒温度センサ１７で検出した冷媒の蒸発温度とを、制御手段２５に予め記憶している演算式に代入することで目標吐出過熱度を算出する。目標吐出過熱度は、蒸発器８から流出した冷媒（点Ｄ）が飽和蒸気線上にある（吸入過熱度＝０、且つ、乾き度＝１）ときの目標値（目標吐出過熱度）である。これら吐出過熱度算出手段２６及び目標吐出過熱度算出手段２７は、制御手段２５が機能させるソフトウェアで実現される。
【0020】
次に、図４は、ヒートポンプ式暖房装置１の運転時における膨張弁７の制御及びベルトヒーター１１の通電制御を示す制御フローである。なお、この制御方法を開始する前に、判定スイッチＳｃは「０」に設定されているものとする。
先ず、図４のステップＳＴ１では、制御手段２５に入力した凝縮器出口冷媒温度センサ１５で検出した冷媒の凝縮器出口温度、蒸発器出口冷媒温度センサ１６で検出した冷媒の蒸発器出口温度を読み込む。次いでステップＳＴ２において、吐出過熱度算出手段２６が現在の吐出過熱度を算出する。次いでステップＳＴ３において、目標吐出過熱度算出手段２７が目標吐出過熱度を算出する。
先ず、図４のステップＳＴ１では、制御手段２５に入力した凝縮器出口冷媒温度センサ１５で検出した冷媒の凝縮器出口温度、蒸発器出口冷媒温度センサ１６で検出した冷媒の蒸発器出口温度を読み込む。次いでステップＳＴ２において、吐出過熱度算出手段２６が現在の吐出過熱度を算出する。次いでステップＳＴ３において、目標吐出過熱度算出手段２７が目標吐出過熱度を算出する。
【0021】
次いでステップＳＴ４において、制御手段２５は、現在の吐出過熱度から目標吐出過熱度を減算し、その減算結果に応じて膨張弁７の開度を制御する。すなわち、減算結果がプラスの時には、膨張弁７の開度を大きくするように制御し、減算結果がマイナスの時には、膨張弁７の開度を小さくするように制御する。
次いでステップＳＴ５において、制御手段２５は、目標吐出過熱度が、吐出過熱度下限値（例えば１０℃）を下回っているか否かを判定する。
このステップＳＴ５の判定で、目標吐出過熱度が吐出過熱度下限値を下回っている場合（ステップＳＴ５：ＹＥＳ）には、ステップＳＴ６に移行し、目標吐出過熱度が吐出過熱度下限値以上である場合（ステップＳＴ５：ＮＯ）には、ステップＳＴ９に移行する。
次いでステップＳＴ５において、制御手段２５は、目標吐出過熱度が、吐出過熱度下限値（例えば１０℃）を下回っているか否かを判定する。
このステップＳＴ５の判定で、目標吐出過熱度が吐出過熱度下限値を下回っている場合（ステップＳＴ５：ＹＥＳ）には、ステップＳＴ６に移行し、目標吐出過熱度が吐出過熱度下限値以上である場合（ステップＳＴ５：ＮＯ）には、ステップＳＴ９に移行する。
【0022】
ステップＳＴ５の判定でＹＥＳの場合に移行するステップＳＴ６では、制御手段２５が、膨張弁７の開度が最小開度であるか否かを判定する。なお、膨張弁７の開度が最小開度であることが、本発明において膨張弁の開度が所定の開度であることに対応している。このステップＳＴ６の判定で、膨張弁７の開度が最小開度である場合（ステップＳＴ６：ＹＥＳ）にはステップＳＴ７に移行し、膨張弁７の開度が最小開度でない場合（ステップＳＴ６：ＮＯ）にはステップＳＴ１に戻る。
【0023】
膨張弁７の開度が最小開度である場合に移行するステップＳＴ７では、ベルトヒーター１１の通電制御を行う。このとき、吐出過熱度の目標値をステップＳＴ３で算出した目標吐出過熱度から加熱時目標吐出過熱度（＞吐出過熱度下限値）に変更し、吐出過熱度が加熱時目標吐出過熱度となるようにベルトヒーターの出力を調整する。次いでステップＳＴ８では、判定スイッチＳｃを「１」に設定してからステップＳＴ１に戻る。
一方、ステップＳＴ５の判定でＮＯの場合に移行するステップＳＴ９では、現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度以上であるか否かを判定する。このステップＳＴ９の判定で、現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度以上である場合（ステップＳＴ９：ＹＥＳ）にはステップＳＴ１０に移行し、現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度を下回る場合（ステップＳＴ９：ＮＯ）にはステップＳＴ１に戻る。
一方、ステップＳＴ５の判定でＮＯの場合に移行するステップＳＴ９では、現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度以上であるか否かを判定する。このステップＳＴ９の判定で、現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度以上である場合（ステップＳＴ９：ＹＥＳ）にはステップＳＴ１０に移行し、現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度を下回る場合（ステップＳＴ９：ＮＯ）にはステップＳＴ１に戻る。
【0024】
ステップＳＴ１０では、判定スイッチＳｃが「１」であるか否かを判定する。このステップＳＴ１０の判定で、判定スイッチＳｃが「１」である場合（ステップＳＴ１０：ＹＥＳ）にはステップＳＴ１１に移行し、判定スイッチＳｃが「１」でない場合（ステップＳＴ１０：ＮＯ）にはステップＳＴ１に戻る。
ステップＳＴ１１では判定スイッチＳｃを「０」に設定する。次いでステップＳＴ１２において、制御手段２５がベルトヒーター１１の通電制御を停止する。その後に、図４の制御を終了する。
ここで、ヒートポンプ式暖房装置１の運転時には、目標吐出過熱度が、圧縮機４仕様の吐出過熱度下限値（例えば１０℃）に達しないおそれがある。
ステップＳＴ１１では判定スイッチＳｃを「０」に設定する。次いでステップＳＴ１２において、制御手段２５がベルトヒーター１１の通電制御を停止する。その後に、図４の制御を終了する。
ここで、ヒートポンプ式暖房装置１の運転時には、目標吐出過熱度が、圧縮機４仕様の吐出過熱度下限値（例えば１０℃）に達しないおそれがある。
【0025】
すなわち、図５は、圧縮機４が低差圧運転を行っているときのヒートポンプ式暖房装置１のモリエル線図を示している。ヒートポンプ式暖房装置１の低負荷運転や、高外気温下における暖房運転時は、冷媒回路９を循環する冷媒の循環量が少なくなり、圧縮機４の吸入圧力と吐出圧力との差が小さい低差圧運転となる。このような低差圧運転時には、圧縮機４に吸入される冷媒が飽和蒸気線上（吸入過熱度＝０、且つ、乾き度＝１）の状態であっても吐出過熱度が比較的小さい値となる。このため、制御手段２５が膨張弁７の開度を最小に制御にしても、目標吐出過熱度が小さな値（例えば８℃）となり、吐出過熱度下限値に達しないおそれがある。
【0026】
また、図５では冷媒として比熱比が比較的高いＲ３２冷媒を使用するときのヒートポンプ式暖房装置１のモリエル線図を示していたが、図６は、本実施形態の冷媒のように比熱比が低いＲ２９０（プロパン）を使用するときのヒートポンプ式暖房装置１のモリエル線図を示している。Ｒ２９０を使用する場合は比熱比が大きい冷媒と比較して圧縮過程におけるエンタルピーの増加量が小さくなる。そのため、吐出過熱度が下限値を上回るために必要な吸入過熱度が比較的に高くなり、目標吐出過熱度が下限値を下回る。このため、制御手段２５が膨張弁７の開度を最小に制御にしても、目標吐出過熱度が小さな値（例えば８℃）となり、吐出過熱度下限値に達しないおそれがある。
【0027】
これに対して、図４で示した制御では、目標吐出過熱度が吐出過熱度下限値に達しない場合（ステップＳＴ５：ＹＥＳ）であり、且つ、膨張弁７の開度が最小開度の場合（ステップＳＴ６：ＹＥＳ）には、ベルトヒーター１１の通電制御を行う（ステップＳＴ７）ことで圧縮機４の筐体を温める。ベルトヒーター１１で圧縮機４の筐体を温めることで、目標吐出過熱度を吐出過熱度下限値以上に上昇させて、圧縮機４の信頼性低下を抑制することができる。
【0028】
ここで、吐出過熱度下限値を目標値として制御を行うと、負荷変動により吐出過熱度が吐出過熱度下限値を下回った場合には膨張弁７の開度を調整するだけで現在の吐出過熱度を制御することができない。そこで、本実施形態は、負荷変動による吐出過熱度の変化を見越した高い目標吐出過熱度である加熱時目標吐出過熱度を設定し、目標吐出過熱度と吐出過熱度下限値とを比較して制御を行うことで、膨張弁７によってきめ細かい吐出過熱度の制御を行うことができる。
また、ベルトヒーター１１が圧縮機４の筐体を温めることで、冷凍機油の温度が上昇して冷凍機油への冷媒溶解度が低下するので、圧縮機４の信頼性低下をさらに抑制することができる。
また、ベルトヒーター１１が圧縮機４の筐体を温めることで、冷凍機油の温度が上昇して冷凍機油への冷媒溶解度が低下するので、圧縮機４の信頼性低下をさらに抑制することができる。
【0029】
また、ヒートポンプ式暖房装置１の利用側熱交換器６は、水と冷媒を熱交換する水冷媒熱交換器であり、高外気温下の給湯運転では圧縮機４の低差圧運転になりやすいが、図４で示した制御を行って目標吐出過熱度を吐出過熱度下限値以上に上昇させることで、圧縮機４の信頼性低下を抑制することができる。
また、比熱比が低いＲ２９０（プロパン）を使用しても、図４で示した制御を行って目標吐出過熱度を吐出過熱度下限値以上に上昇させることで、圧縮機４の信頼性低下を抑制することができる。
また、比熱比が低いＲ２９０（プロパン）を使用しても、図４で示した制御を行って目標吐出過熱度を吐出過熱度下限値以上に上昇させることで、圧縮機４の信頼性低下を抑制することができる。
【0030】
（第２実施形態）
次に、図７は、本発明の冷凍サイクル装置としての第２実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の回路図である。図７が、図１で示した第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の回路図と異なる構成は、制御手段２５が、吐出過熱度算出手段２６及び目標吐出過熱度算出手段２７の他に、過冷却度算出手段３２と、目標過冷却度抽出手段３３とを備えていることである。
また、図８は、第２実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の運転時における膨張弁７の制御及びベルトヒーター１１の通電制御を示す制御フローである。図８の制御フローが、図４で示したサブクール制御処理に対して異なる箇所は、図４で示したステップＳＴ４に替えてステップＳＴ２０の過冷却度による膨張弁開度処理を備えていることである。
ステップＳＴ２０の過冷却度による膨張弁開度処理について以下に説明する。
次に、図７は、本発明の冷凍サイクル装置としての第２実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の回路図である。図７が、図１で示した第１実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の回路図と異なる構成は、制御手段２５が、吐出過熱度算出手段２６及び目標吐出過熱度算出手段２７の他に、過冷却度算出手段３２と、目標過冷却度抽出手段３３とを備えていることである。
また、図８は、第２実施形態のヒートポンプ式暖房装置１の運転時における膨張弁７の制御及びベルトヒーター１１の通電制御を示す制御フローである。図８の制御フローが、図４で示したサブクール制御処理に対して異なる箇所は、図４で示したステップＳＴ４に替えてステップＳＴ２０の過冷却度による膨張弁開度処理を備えていることである。
ステップＳＴ２０の過冷却度による膨張弁開度処理について以下に説明する。
【0031】
先ず、過冷却度算出手段３２が現在の過冷却度を算出する。具体的な算出方法は、吐出圧力センサ３０で検出した冷媒の吐出圧力に基づいて、図３で示した冷媒のモリエル線図における飽和液線の飽和液温度（凝縮温度）を算出する。そして、過冷却度算出手段３２は、この飽和液温度から凝縮器出口冷媒温度センサ１５で検出した利用側熱交換器６を通過した冷媒の温度を減算することで現在の過冷却度を算出する。
目標過冷却度抽出手段３３は目標過冷却度テーブルを記憶している。目標過冷却度テーブルは、凝縮圧力状態と圧縮機４の回転数（単位：ｒｐｓ）に応じた目標過冷却度を設定している。目標過冷却度抽出手段３３は、吐出圧力センサ３０で検出した圧力値（凝縮圧力）の凝縮圧力状態を判定し、現在の圧縮機４の回転数に基づいて、目標過冷却度テーブルの中から目標過冷却度を抽出する。
目標過冷却度抽出手段３３は目標過冷却度テーブルを記憶している。目標過冷却度テーブルは、凝縮圧力状態と圧縮機４の回転数（単位：ｒｐｓ）に応じた目標過冷却度を設定している。目標過冷却度抽出手段３３は、吐出圧力センサ３０で検出した圧力値（凝縮圧力）の凝縮圧力状態を判定し、現在の圧縮機４の回転数に基づいて、目標過冷却度テーブルの中から目標過冷却度を抽出する。
【0032】
そして、制御手段２５は、過冷却度算出手段３２で算出した現在の過冷却度から目標過冷却度抽出手段３３で抽出した目標過冷却度を減算する。そして、制御手段２５は、現在の過冷却度から目標過冷却度の減算結果がプラスの時には、膨張弁７の開度を大きくするように制御し、現在の過冷却度から目標過冷却度の減算結果がマイナスの時には、膨張弁７の開度を小さくするように制御する。
【0033】
第２実施形態も、第１実施形態と同様に、目標吐出過熱度を吐出過熱度下限値以上に上昇させることで、圧縮機４の信頼性低下を抑制することができる。
そして、図８のステップＳＴ２０の過冷却度による膨張弁開度処理では、凝縮圧力、圧縮機４の回転数を考慮した目標過冷却度テーブルの中から目標過冷却度を抽出し、現在の過冷却度から目標過冷却度を減算し、その減算結果に応じて膨張弁７の開度制御を行うことから、膨張弁７によってきめ細かい吐出過熱度の制御を行うことができる。
また、利用側熱交換器６（凝縮器）においてエンタルピー差が確保されるので、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance～成績係数）が向上した高効率のヒートポンプサイクルの運転を行うことができる。
そして、図８のステップＳＴ２０の過冷却度による膨張弁開度処理では、凝縮圧力、圧縮機４の回転数を考慮した目標過冷却度テーブルの中から目標過冷却度を抽出し、現在の過冷却度から目標過冷却度を減算し、その減算結果に応じて膨張弁７の開度制御を行うことから、膨張弁７によってきめ細かい吐出過熱度の制御を行うことができる。
また、利用側熱交換器６（凝縮器）においてエンタルピー差が確保されるので、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance～成績係数）が向上した高効率のヒートポンプサイクルの運転を行うことができる。
【符号の説明】
【0034】
１ ヒートポンプ式暖房装置
２ 室外機
３ 室内機
４ 圧縮機
５ 四方弁
６ 利用側熱交換器
７ 膨張弁
８ 室外熱交換器
９ 冷媒回路
１０ 室外ファン
１１ ベルトヒーター
１５ 凝縮器出口冷媒温度センサ
１６ 蒸発器出口冷媒温度センサ
１７ 蒸発器入口冷媒温度センサ
１８ 吐出圧力センサ
１９ 吐出温度センサ
２０ 温水循環用ポンプ
２１ 室内熱交換器
２２ 水循環路
２３ 室内ファン
２５ 制御手段
２６ 吐出過熱度算出手段
２７ 目標吐出過熱度算出手段
３０ 吐出圧力センサ
３１ 吐出温度センサ
３２ 過冷却度算出手段
３３ 目標過冷却度抽出手段
２ 室外機
３ 室内機
４ 圧縮機
５ 四方弁
６ 利用側熱交換器
７ 膨張弁
８ 室外熱交換器
９ 冷媒回路
１０ 室外ファン
１１ ベルトヒーター
１５ 凝縮器出口冷媒温度センサ
１６ 蒸発器出口冷媒温度センサ
１７ 蒸発器入口冷媒温度センサ
１８ 吐出圧力センサ
１９ 吐出温度センサ
２０ 温水循環用ポンプ
２１ 室内熱交換器
２２ 水循環路
２３ 室内ファン
２５ 制御手段
２６ 吐出過熱度算出手段
２７ 目標吐出過熱度算出手段
３０ 吐出圧力センサ
３１ 吐出温度センサ
３２ 過冷却度算出手段
３３ 目標過冷却度抽出手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2024-08-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮機、凝縮器として機能する利用側熱交換器、膨張弁及び蒸発器として機能する熱源側熱交換器が配管で接続された冷媒回路と、
冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出手段と、
前記圧縮機を加熱する加熱手段と、
前記膨張弁の開度と前記圧縮機と前記加熱手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記吐出過熱度が予め定めた吐出過熱度下限値を下回り、且つ、前記膨張弁の開度が最小開度となったときに、前記加熱手段により前記圧縮機を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置。
冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出手段と、
前記圧縮機を加熱する加熱手段と、
前記膨張弁の開度と前記圧縮機と前記加熱手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記吐出過熱度が予め定めた吐出過熱度下限値を下回り、且つ、前記膨張弁の開度が最小開度となったときに、前記加熱手段により前記圧縮機を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項2】
前記制御手段は、前記吐出過熱度が前記吐出過熱度下限値以上となるまで、前記加熱手段による前記圧縮機の加熱を継続することを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項3】
前記利用側熱交換器は、水と前記冷媒を熱交換する水冷媒熱交換器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項4】
前記制御手段は、
前記吐出過熱度が予め定めた目標吐出過熱度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
前記吐出過熱度が予め定めた目標吐出過熱度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項5】
前記冷媒の過冷却度を算出する過冷却度算出手段を備え、
前記制御手段は、
前記過冷却度が予め定めた目標過冷却度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
前記制御手段は、
前記過冷却度が予め定めた目標過冷却度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１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項6】
前記加熱手段は、前記圧縮機の筐体を温めるベルトヒーターであることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項7】
前記冷媒は、比熱比が１．３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。