ヒートポンプ装置
【課題】凝縮器を乾式運転と湿式運転とに切り換えて運転でき、いずれの運転時にも高効率のヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁５と、蒸発器６とを介設した冷媒循環流路７と、凝縮器３に通風する冷却ファン８と、凝縮器３に散水する散水装置１１とを有するヒートポンプ装置１において、散水装置１１の状態に応じて、冷却ファン８の回転数を制御する。
【解決手段】圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁５と、蒸発器６とを介設した冷媒循環流路７と、凝縮器３に通風する冷却ファン８と、凝縮器３に散水する散水装置１１とを有するヒートポンプ装置１において、散水装置１１の状態に応じて、冷却ファン８の回転数を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器と介設した冷媒循環流路を有するヒートポンプ装置において、例えば特許文献１および２に記載されているように、負荷状態に応じて、散水装置により凝縮器に散水し、乾式運転と湿式運転とを切り換えるものが公知である。
【０００３】
乾式運転においては、凝縮器で冷媒を空気との熱交換によって冷却するので、冷却効率を高めるために、ファンにより凝縮器に通風するのが一般的であり、最適な冷却効率を得るためにはある程度大きな風量が必要である。
【０００４】
一方、湿式運転においては、凝縮器に散水した水の気化熱によって冷媒を冷却するので、凝縮器に多量の空気を通気することは求められない。しかしながら、従来のヒートポンプ装置は、湿式運転時において乾式運転時と同様の風量を凝縮器に通風させるので、冷却ファンの駆動のために不必要なエネルギーを消費して、ヒートポンプの効率を低下させるという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１３０４２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１８５２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、前記問題点に鑑みて、本発明は、凝縮器を乾式運転と湿式運転とに切り換えて運転でき、いずれの運転時にも効率の高いヒートポンプ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明によるヒートポンプ装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを介設した冷媒循環流路と、前記凝縮器に通風する冷却ファンと、前記凝縮器に散水する散水装置とを有し、前記散水装置の状態に応じて、前記冷却ファンの回転数を制御するものとする。
【０００７】
この構成によれば、散水装置の運転状態に応じて、凝縮器に必要以上の空気を通風させないように、冷却ファンの回転数を制御することで、冷却ファンに必要以上のエネルギーを消費させず、ヒートポンプ装置全体の効率を高く維持することができる。
【０００８】
また、本発明のヒートポンプ装置において、前記散水装置が前記凝縮器に散水しないときは、前記冷却ファンの回転数を所定の高速回転にし、前記散水装置が前記凝縮器に散水するときは、前記冷却ファンの回転数を所定の低速回転にしてもよい。
【０００９】
ヒートポンプ装置において、凝縮器の乾式運転時に比べ、凝縮器の湿式運転時には最適な通風量がかなり少ない。このため、凝縮器の冷却ファンを、凝縮器の湿式運転時の低速回転と凝縮器の乾式運転時の高速回転との２つの速度を切り換える簡単な制御で、ヒートポンプ装置全体の効率を大きく向上させることができる。
【００１０】
また、本発明のヒートポンプ装置において、外気温度を検出する温度検出手段をさらに有し、温度検出手段が検出した温度が所定の限界温度よりも高いとき、前記散水装置は、前記凝縮器に散水するものとする。
【００１１】
この構成によれば、乾式運転で凝縮器を効率よく冷却することができなくなる限界温度を検出して、湿式運転に切り換えるので、乾式運転と湿式運転とを最適なタイミングで切り換えることができる
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、凝縮器に散水する散水装置の運転状態に応じて、凝縮器に通風する冷却ファンの回転数を制御するので、冷却ファンが必要以上の空気を通風させることがなく、無駄なエネルギーを消費しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の１つの実施形態であるヒートポンプ装置１を示す。ヒートポンプ装置１は、スクリュ圧縮機２と凝縮器３と受液器４と蒸発弁５と蒸発器６とが介設され、冷媒が封入された冷媒循環流路７を有している。ヒートポンプ装置１は、蒸発器６において、冷却水やブラインなどの被冷却媒体から熱を奪い、凝縮器３において、その熱を外部に放出するものである。
【００１４】
ヒートポンプ装置１は、凝縮器３に外気を通風させる冷却ファン８が設けられており、冷却ファン８を回転させるファンモータ９は、インバータ１０によって回転数を制御可能である。
【００１５】
また、ヒートポンプ装置１は、凝縮器３に散水する散水装置１１を有しており、散水装置１１は、水タンク１２、ポンプ１３およびスプレーノズル１４からなっている。
【００１６】
ヒートポンプ装置１は、インバータ１０の出力周波数およびポンプ１３の起動停止を制御する凝縮器制御装置１５と、外気温度Ｔを検出する外気温度センサ（温度検出手段）１６とを有する。凝縮器制御装置１５は、外気温度センサ１６が検出した外気温度Ｔと、予め設定されている限界温度ＴＬとを比較してインバータ１０およびポンプ１３を制御する。
【００１７】
図２は、凝縮器制御装置１５による凝縮器３の冷却ファン８および散水装置１１の制御の流れを示す。凝縮器制御装置１５は、ステップＳ１において、外気温度Ｔと限界温度ＴＬとを比較する。ステップＳ１において外気温度Ｔが限界温度ＴＬよりも高ければ、ステップＳ２に進み、散水装置１１のポンプ１３を始動し、さらに、ステップＳ３に進んで、冷却ファン８を所定の低速回転で運転するようにインバータ１０の出力周波数を第１の値に設定する。その後、凝縮器制御装置１５は、再びステップＳ１に戻って、外気温度Ｔと限界温度ＴＬとを比較する。
【００１８】
凝縮器制御装置１５は、ステップＳ１において外気温度Ｔが限界温度ＴＬ以下であれば、ステップＳ４に進み、散水装置１１のポンプ１３を停止し、さらに、ステップＳ５に進んで、冷却ファン８を所定の高速回転（好ましくは定格回転）で運転するようにインバータ１０の出力周波数を第１の値よりも高い第２の値に設定し、ステップＳ１に戻る。
【００１９】
つまり、凝縮器制御装置１５は、外気温度Ｔが限界温度ＴＬより高ければ、散水装置１１で凝縮器３に散水する湿式運転をし、湿式運転時は、冷却ファン８を低速回転にする。また、凝縮器制御装置１５は、外気温度Ｔが限界温度ＴＬ以下であれば、散水装置１１で凝縮器３に散水しない乾式運転をし、乾式運転時は、冷却ファン８を高速回転にする。
【００２０】
続いて、図１の構成のヒートポンプ装置１を、図２の流れに従って運転する効果を説明する。
散水装置１１のポンプ１３を停止して、凝縮器３に散水しない状態の乾式運転時、凝縮器３は、冷却ファン８によって通風される空気との熱交換により冷媒の熱を放出する。空気は比熱が小さいために、冷媒の熱を十分に奪うためには、ある程度大きな風量が必要である。このため、冷却ファン８およびファンモータ９は、この乾式運転において最も効率よく凝縮器３に通風できるように定格で運転されることが好ましい。
【００２１】
一方、散水装置１１のポンプ１３を停止して、凝縮器３に散水する状態の湿式運転時、凝縮器３の冷媒は、散水された水の気化熱によって熱を奪われる。冷却ファン８によって通風される外気は、水の気化を促進するが、凝縮器３の表面温度が空気の湿球温度にまで低下すると、それ以上は水を気化させることができない。この限界によって、冷却ファン８の回転数がある回転数を超えると、冷却効果は全く同じであるのに、冷却ファン８の消費電力だけが回転数の３乗に略比例して上昇し、エネルギーだけを多く消費することになる。
【００２２】
図３は、凝縮器３に散水する状態の湿式運転において、冷却ファン８の回転数の定格回転数に対する比と、ヒートポンプ装置１全体の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）の冷却ファン８を定格回転数で運転したときの成績係数に対する比との関係を示すものである。
【００２３】
図示するように、湿式運転時には、冷却ファン８の回転数が乾式運転時の回転数である定格回転数の約０．７倍の低速回転で運転するとき、冷却ファン８が凝縮器３に通風して水を気化させることで冷却効率を向上させる効果と、冷却ファン８を駆動するファンモータ９の消費電力の上昇とがバランスし、ヒートポンプ装置１全体として、最大の効率を発揮する。この状態で、図示するように、ヒートポンプ装置１は、冷却ファン８を定格回転数で運転する場合に比べて、成績係数が約７％改善されている。
【００２４】
本実施形態のヒートポンプ装置１では、インバータ１０によって冷却ファン８の回転数を決定しているが、タップモータや他の手段で回転速度を変更してもよい。
【００２５】
また、本実施形態では、外気温度センサ１６で検出した温度Ｔによって、散水装置１１で凝縮器３に散水するか否かを判断しているが、スクリュ圧縮機２の吐出圧力や冷媒温度などで判断してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態のヒートポンプ装置の概略図。
【図２】図１のヒートポンプ装置の凝縮器運転の流れ図。
【図３】図１のヒートポンプ装置の散水時におけるファン回転数と成績係数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２７】
１ ヒートポンプ装置
２ スクリュ圧縮機
３ 凝縮器
４ 受液器
５ 蒸発弁
６ 蒸発器
７ 冷媒循環流路
８ 冷却ファン
９ ファンモータ
１０ インバータ
１１ 散水装置
１３ ポンプ
１５ 凝縮器制御装置
１６ 外気温度センサ（温度検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器と介設した冷媒循環流路を有するヒートポンプ装置において、例えば特許文献１および２に記載されているように、負荷状態に応じて、散水装置により凝縮器に散水し、乾式運転と湿式運転とを切り換えるものが公知である。
【０００３】
乾式運転においては、凝縮器で冷媒を空気との熱交換によって冷却するので、冷却効率を高めるために、ファンにより凝縮器に通風するのが一般的であり、最適な冷却効率を得るためにはある程度大きな風量が必要である。
【０００４】
一方、湿式運転においては、凝縮器に散水した水の気化熱によって冷媒を冷却するので、凝縮器に多量の空気を通気することは求められない。しかしながら、従来のヒートポンプ装置は、湿式運転時において乾式運転時と同様の風量を凝縮器に通風させるので、冷却ファンの駆動のために不必要なエネルギーを消費して、ヒートポンプの効率を低下させるという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１３０４２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１８５２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、前記問題点に鑑みて、本発明は、凝縮器を乾式運転と湿式運転とに切り換えて運転でき、いずれの運転時にも効率の高いヒートポンプ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明によるヒートポンプ装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを介設した冷媒循環流路と、前記凝縮器に通風する冷却ファンと、前記凝縮器に散水する散水装置とを有し、前記散水装置の状態に応じて、前記冷却ファンの回転数を制御するものとする。
【０００７】
この構成によれば、散水装置の運転状態に応じて、凝縮器に必要以上の空気を通風させないように、冷却ファンの回転数を制御することで、冷却ファンに必要以上のエネルギーを消費させず、ヒートポンプ装置全体の効率を高く維持することができる。
【０００８】
また、本発明のヒートポンプ装置において、前記散水装置が前記凝縮器に散水しないときは、前記冷却ファンの回転数を所定の高速回転にし、前記散水装置が前記凝縮器に散水するときは、前記冷却ファンの回転数を所定の低速回転にしてもよい。
【０００９】
ヒートポンプ装置において、凝縮器の乾式運転時に比べ、凝縮器の湿式運転時には最適な通風量がかなり少ない。このため、凝縮器の冷却ファンを、凝縮器の湿式運転時の低速回転と凝縮器の乾式運転時の高速回転との２つの速度を切り換える簡単な制御で、ヒートポンプ装置全体の効率を大きく向上させることができる。
【００１０】
また、本発明のヒートポンプ装置において、外気温度を検出する温度検出手段をさらに有し、温度検出手段が検出した温度が所定の限界温度よりも高いとき、前記散水装置は、前記凝縮器に散水するものとする。
【００１１】
この構成によれば、乾式運転で凝縮器を効率よく冷却することができなくなる限界温度を検出して、湿式運転に切り換えるので、乾式運転と湿式運転とを最適なタイミングで切り換えることができる
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、凝縮器に散水する散水装置の運転状態に応じて、凝縮器に通風する冷却ファンの回転数を制御するので、冷却ファンが必要以上の空気を通風させることがなく、無駄なエネルギーを消費しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の１つの実施形態であるヒートポンプ装置１を示す。ヒートポンプ装置１は、スクリュ圧縮機２と凝縮器３と受液器４と蒸発弁５と蒸発器６とが介設され、冷媒が封入された冷媒循環流路７を有している。ヒートポンプ装置１は、蒸発器６において、冷却水やブラインなどの被冷却媒体から熱を奪い、凝縮器３において、その熱を外部に放出するものである。
【００１４】
ヒートポンプ装置１は、凝縮器３に外気を通風させる冷却ファン８が設けられており、冷却ファン８を回転させるファンモータ９は、インバータ１０によって回転数を制御可能である。
【００１５】
また、ヒートポンプ装置１は、凝縮器３に散水する散水装置１１を有しており、散水装置１１は、水タンク１２、ポンプ１３およびスプレーノズル１４からなっている。
【００１６】
ヒートポンプ装置１は、インバータ１０の出力周波数およびポンプ１３の起動停止を制御する凝縮器制御装置１５と、外気温度Ｔを検出する外気温度センサ（温度検出手段）１６とを有する。凝縮器制御装置１５は、外気温度センサ１６が検出した外気温度Ｔと、予め設定されている限界温度ＴＬとを比較してインバータ１０およびポンプ１３を制御する。
【００１７】
図２は、凝縮器制御装置１５による凝縮器３の冷却ファン８および散水装置１１の制御の流れを示す。凝縮器制御装置１５は、ステップＳ１において、外気温度Ｔと限界温度ＴＬとを比較する。ステップＳ１において外気温度Ｔが限界温度ＴＬよりも高ければ、ステップＳ２に進み、散水装置１１のポンプ１３を始動し、さらに、ステップＳ３に進んで、冷却ファン８を所定の低速回転で運転するようにインバータ１０の出力周波数を第１の値に設定する。その後、凝縮器制御装置１５は、再びステップＳ１に戻って、外気温度Ｔと限界温度ＴＬとを比較する。
【００１８】
凝縮器制御装置１５は、ステップＳ１において外気温度Ｔが限界温度ＴＬ以下であれば、ステップＳ４に進み、散水装置１１のポンプ１３を停止し、さらに、ステップＳ５に進んで、冷却ファン８を所定の高速回転（好ましくは定格回転）で運転するようにインバータ１０の出力周波数を第１の値よりも高い第２の値に設定し、ステップＳ１に戻る。
【００１９】
つまり、凝縮器制御装置１５は、外気温度Ｔが限界温度ＴＬより高ければ、散水装置１１で凝縮器３に散水する湿式運転をし、湿式運転時は、冷却ファン８を低速回転にする。また、凝縮器制御装置１５は、外気温度Ｔが限界温度ＴＬ以下であれば、散水装置１１で凝縮器３に散水しない乾式運転をし、乾式運転時は、冷却ファン８を高速回転にする。
【００２０】
続いて、図１の構成のヒートポンプ装置１を、図２の流れに従って運転する効果を説明する。
散水装置１１のポンプ１３を停止して、凝縮器３に散水しない状態の乾式運転時、凝縮器３は、冷却ファン８によって通風される空気との熱交換により冷媒の熱を放出する。空気は比熱が小さいために、冷媒の熱を十分に奪うためには、ある程度大きな風量が必要である。このため、冷却ファン８およびファンモータ９は、この乾式運転において最も効率よく凝縮器３に通風できるように定格で運転されることが好ましい。
【００２１】
一方、散水装置１１のポンプ１３を停止して、凝縮器３に散水する状態の湿式運転時、凝縮器３の冷媒は、散水された水の気化熱によって熱を奪われる。冷却ファン８によって通風される外気は、水の気化を促進するが、凝縮器３の表面温度が空気の湿球温度にまで低下すると、それ以上は水を気化させることができない。この限界によって、冷却ファン８の回転数がある回転数を超えると、冷却効果は全く同じであるのに、冷却ファン８の消費電力だけが回転数の３乗に略比例して上昇し、エネルギーだけを多く消費することになる。
【００２２】
図３は、凝縮器３に散水する状態の湿式運転において、冷却ファン８の回転数の定格回転数に対する比と、ヒートポンプ装置１全体の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）の冷却ファン８を定格回転数で運転したときの成績係数に対する比との関係を示すものである。
【００２３】
図示するように、湿式運転時には、冷却ファン８の回転数が乾式運転時の回転数である定格回転数の約０．７倍の低速回転で運転するとき、冷却ファン８が凝縮器３に通風して水を気化させることで冷却効率を向上させる効果と、冷却ファン８を駆動するファンモータ９の消費電力の上昇とがバランスし、ヒートポンプ装置１全体として、最大の効率を発揮する。この状態で、図示するように、ヒートポンプ装置１は、冷却ファン８を定格回転数で運転する場合に比べて、成績係数が約７％改善されている。
【００２４】
本実施形態のヒートポンプ装置１では、インバータ１０によって冷却ファン８の回転数を決定しているが、タップモータや他の手段で回転速度を変更してもよい。
【００２５】
また、本実施形態では、外気温度センサ１６で検出した温度Ｔによって、散水装置１１で凝縮器３に散水するか否かを判断しているが、スクリュ圧縮機２の吐出圧力や冷媒温度などで判断してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態のヒートポンプ装置の概略図。
【図２】図１のヒートポンプ装置の凝縮器運転の流れ図。
【図３】図１のヒートポンプ装置の散水時におけるファン回転数と成績係数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２７】
１ ヒートポンプ装置
２ スクリュ圧縮機
３ 凝縮器
４ 受液器
５ 蒸発弁
６ 蒸発器
７ 冷媒循環流路
８ 冷却ファン
９ ファンモータ
１０ インバータ
１１ 散水装置
１３ ポンプ
１５ 凝縮器制御装置
１６ 外気温度センサ（温度検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを介設した冷媒循環流路と、
前記凝縮器に通風する冷却ファンと、
前記凝縮器に散水する散水装置とを有し、
前記散水装置の状態に応じて、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記散水装置が前記凝縮器に散水しないときは、前記冷却ファンの回転数を所定の高速回転にし、
前記散水装置が前記凝縮器に散水するときは、前記冷却ファンの回転数を所定の低速回転にすることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
外気温度を検出する温度検出手段をさらに有し、
温度検出手段が検出した温度が所定の限界温度よりも高いとき、前記散水装置は、前記凝縮器に散水することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを介設した冷媒循環流路と、
前記凝縮器に通風する冷却ファンと、
前記凝縮器に散水する散水装置とを有し、
前記散水装置の状態に応じて、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記散水装置が前記凝縮器に散水しないときは、前記冷却ファンの回転数を所定の高速回転にし、
前記散水装置が前記凝縮器に散水するときは、前記冷却ファンの回転数を所定の低速回転にすることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
外気温度を検出する温度検出手段をさらに有し、
温度検出手段が検出した温度が所定の限界温度よりも高いとき、前記散水装置は、前記凝縮器に散水することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１８７３４４（Ｐ２００７−１８７３４４Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３７９７（Ｐ２００６−３７９７）
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
[ Back to top ]