冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置
【課題】圧縮機の吸入圧力低下や吐出圧力の過度な上昇を抑制し、暖房運転時の立ち上がり性能を向上することができる冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置を提供すること。
【解決手段】第１温度センサー１３で検知したブライン温度が第２温度センサー１４で検知した冷媒回路１の温度より高い場合、ブラインポンプ８を起動し、冷却器４、蒸発器６を暖め、その後、圧縮機２を起動し、圧縮機２の起動後、圧力センサー１５で検知した高圧側の圧力が所定値以上になった場合、水ポンプを起動する。これにより、吸入圧力の過度な低下を防止し、圧縮機２の信頼性を確保できる。また、冷却器４の温度を上昇させながら圧縮機２を起動することができるため、吐出圧力を迅速の上昇させることができ、暖房運転の立ち上がり性能を向上することができる。
【解決手段】第１温度センサー１３で検知したブライン温度が第２温度センサー１４で検知した冷媒回路１の温度より高い場合、ブラインポンプ８を起動し、冷却器４、蒸発器６を暖め、その後、圧縮機２を起動し、圧縮機２の起動後、圧力センサー１５で検知した高圧側の圧力が所定値以上になった場合、水ポンプを起動する。これにより、吸入圧力の過度な低下を防止し、圧縮機２の信頼性を確保できる。また、冷却器４の温度を上昇させながら圧縮機２を起動することができるため、吐出圧力を迅速の上昇させることができ、暖房運転の立ち上がり性能を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍サイクル装置は、ヒートポンプ装置のＣＯＰを高く維持したまま負荷運転を行うため、地中熱循環ポンプの回転数を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来の冷凍サイクル装置の構成図である。
【０００４】
図３に示すように、従来の冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１、負荷側の熱媒体と熱交換を行う凝縮器としての負荷側熱交換器１０２、膨張弁１０３、地中熱源と熱交換を行う蒸発器としての熱源側熱交換器１０４を環状に接続して冷媒回路を構成している。
【０００５】
また、負荷側熱交換器１０２は、床暖房パネル等の負荷端末１０５と負荷側の熱媒体を循環させる負荷側循環ポンプ１０６を環状に接続して構成されている。また、熱源側熱交換器１０４は、地中熱を採熱する地中熱熱交換器１０７と熱源側の熱媒体を循環させる熱源側循環ポンプ１０８を環状に接続して構成されている。
【０００６】
さらに、膨張弁１０３から圧縮機１０１に吸入されるまでの熱源側熱交換器１０４の冷媒配管に冷媒温度検出手段１０９が設けられている。
【０００７】
このような、冷凍サイクル装置において、暖房運転開始に伴い、温度検出手段１０９により冷媒温度を検出し、次に、検出された冷媒温度と目標温度との比較を行う。ここで、目標温度は、予め実験により求められた冷凍サイクル装置においてＣＯＰの良いとされる熱源側熱交換器（蒸発器入口）の冷媒温度である。
【０００８】
冷媒温度が目標温度と一致した場合、熱源側循環ポンプ１０８の回転数を維持する。一方、冷媒温度が目標温度と一致ない場合、冷媒温度と目標温度の比較を行い、冷媒温度が目標温度より低い場合は、熱源側循環ポンプ１０８の回転数を増加させ、冷媒温度が目標温度より高い場合は、地中熱循環ポンプの回転数を減少させるように制御するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−９４８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、本従来技術においては、システムの起動に関して、ブラインポンプ、水ポンプ、圧縮機の起動制御方法は記述されておらず、暖房運転の立ち上がり性能の向上や圧縮機信頼性確保に関して考えられていない。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するもので、圧縮機の吸入圧力低下や吐出圧力の過度な上昇を抑制し、暖房運転時の立ち上がり性能を向上することができる冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器を環状が接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、第１熱媒体が循環する第１熱媒体回路と、前記放熱器、熱利用端末、第２熱媒体循環手段が環状に接続され、第２熱媒体が循環する第２熱媒体回路と、前記第１熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段と前記冷媒回路または前記冷媒回路の周囲温度を検出する第２温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１温度検出手段で検出された温度が、前記第２温度検出手段で検出された温度より高い場合、前記第１熱媒体循環手段、前記圧縮機、前記第２熱媒体循環手段の順で起動させることを特徴とするものである。
【００１３】
これによって、冷媒回路において暖房運転を行う場合、起動時に、まず、第１熱媒体循環手段を起動することにより、冷媒回路より温度の高い第１熱媒体が蒸発器を流通するため蒸発器の温度が上昇する。次に、第２熱媒体循環手段を停止した状態で圧縮機を起動することにより、圧縮された高温冷媒が放熱器にて放熱されないため、高圧が上昇し、かつ放熱器が加熱される。最後に、第２熱媒体循環手段を起動することにより、加熱された放熱器付近に滞留していた高温の第２熱媒体が循環して熱利用端末に移動する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮機の吸入圧力低下や吐出圧力の過度な上昇を抑制し、暖房運転時の立ち上がり性能を向上することができる冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクルの構成図
【図２】同ブラインポンプ、圧縮機、水ポンプの起動フローチャート
【図３】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器を環状が接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、第１熱媒体が循環する第１熱媒体回路と、前記放熱器、熱利用端末、第２熱媒体循環手段が環状に接続され、第２熱媒体が循環する第２熱媒体回路と、前記第１熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段と前記冷媒回路または前記冷媒回路の周囲温度を検出する第２温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１温度検出手段で検出された温度が、前記第２温度検出手段で検出された温度より高い場合、前記第１熱媒体循環手段、前記圧縮機、前記第２熱媒体循環手段の順で起動させることを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１７】
これにより、冷媒回路において暖房運転を行う場合、起動時に、まず、第１熱媒体循環手段を起動することにより、冷媒回路より温度の高い第１熱媒体が蒸発器を流通するため蒸発器の温度が上昇する。
【００１８】
次に、第２熱媒体循環手段を停止した状態で圧縮機を起動することにより、圧縮された高温冷媒が放熱器にて放熱されないため、高圧が上昇し、かつ放熱器が加熱される。最後に、第２熱媒体循環手段を起動することにより、加熱された放熱器付近に滞留していた高温の第２熱媒体が循環して熱利用端末に移動する。
【００１９】
その結果、圧縮機を蒸発器温度が上昇した状態で起動できるとともに、蒸発器入口の第１熱媒体温度が上昇するため、圧縮機の過度な吸入圧力低下を防止し、圧縮機の信頼性向上できる。
【００２０】
また、最後に第２熱媒体循環手段を起動することにより、高圧が上昇した状態で放熱器を利用することができ、立ち上がり性能の良い暖房運転が可能となる。
【００２１】
第２の発明は、第１の発明において、冷却器を、前記冷媒回路の前記放熱器と前記膨張手段との間と、および、前記第１熱媒体回路の前記第１熱媒体循環手段と前記蒸発器との間とに接続し配設したことを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、冷媒回路において暖房運転を行う場合、放熱器が加熱されるのに加えて、冷媒回路より温度の高い第１熱媒体が冷却器を流通し、冷却器が第１熱媒体により加熱され、冷却器の温度が上昇するため、冷媒回路側の高圧側温度が上昇する。
【００２３】
その結果、第１の発明の効果に加えて、高圧側圧力を迅速に上昇させることができるため、暖房運転の開始時間を短縮することができる。
【００２４】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記冷媒回路の高圧側の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記制御装置は、前記圧力検出手段で検出された高圧側圧力が所定値以上の場合、前記第２熱媒体循環手段を起動させることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、冷媒回路において暖房運転を行う場合、圧力検出手段により検出された高圧側圧力が、所定値以上となった場合、第２熱媒体循環手段を運転することにより、高圧側冷媒は、第２熱媒体と熱交換し、高圧側圧力は、予め設定された所定の圧力付近で安定する。その結果、高圧の過度な上昇を防止し、圧縮機の信頼性を確保できる。
【００２６】
第４の発明は、特に第１〜第３のいずれかの発明において、熱媒体は、水または不凍液であり、前記放熱器により加熱された前記水または不凍液を、暖房と給湯の少なくとも一方に利用することを特徴とする温水生成装置である。
【００２７】
これにより、放熱器は、冷媒−空気熱交換器でも、冷媒−水熱交換器でも、冷媒−不凍液熱交換器など、種類を限定する必要がない。
【００２８】
その結果、放熱器により加熱された熱媒体を、暖房機器（温風機、ラジエータ、床暖房パネル等）や給湯機器などに幅広く使用することができる。
【００２９】
以下、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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル図、図２は、ブラインポンプ、圧縮機、水ポンプの制御フローチャートを示すものである。
【００３１】
冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＣＯ２等の単一冷媒等を用いることができる。
【００３２】
図１において、冷媒回路１は、冷媒を圧縮する圧縮機２、圧縮された高圧冷媒の熱を放熱する放熱器３、更に高温冷媒を冷却する冷却器４、高圧冷媒を減圧膨張させる膨張弁５（膨張手段）、減圧膨張された二相冷媒を蒸発させる蒸発器６を順次配管接続して構成されている。
【００３３】
また、ブライン回路７（第１熱媒体回路）は、地中熱を汲み上げる熱媒体のブラインを循環させるブラインポンプ８（第１熱媒体循環手段）、冷却器４、蒸発器６、地中熱熱交換器９（外部熱源用熱交換器）を順次配管接続して構成されている。
【００３４】
更に、水回路１０（第２熱媒体回路）は、放熱器３、放熱器から吸熱した温水を循環する水ポンプ１１（第２熱媒体循環手段）、温水を利用して暖房を行なう熱利用端末１２が順次配管接続して構成されている。
【００３５】
また、ブライン回路７には、ブライン温度を検出する第１温度センサー１３（第１温度検出手段）、冷媒回路１には、冷媒回路１の停止時の温度を検出する第２温度センサー１４（第２温度検出手段）と高圧側圧力を検出する圧力センサー１５（圧力検出手段）が設けられている。
【００３６】
ここで、高圧圧力の検出には、圧力センサー１５を用いたが、Ｒ４０７ＣやＲ４１０Ａ等、冷媒温度から飽和圧力を検出できる冷媒を使用している場合は、圧力センサーの代わりに温度センサーを用いて放熱器の温度を測定し（例えば、放熱器出口温度など）、飽和温度と飽和圧力の関係から高圧側圧力を推定してもよい。
【００３７】
また、第１温度センサー１３、第２温度センサー１４および圧力センサー１５で検出された温度および圧力の値から圧縮機２、ブラインポンプ８、水ポンプの運転を制御するための制御装置１６が備えられている。
【００３８】
まず、図１に示す冷凍サイクルにおいて、冷媒回路１では、圧縮機２から吐出された高圧ガス冷媒は、放熱器３に流入し放熱して温度が低下する。その後、温度が低下した高圧液冷媒は、冷却器４により更に冷却され、膨張弁５により減圧膨張され低温低圧の二相冷媒となる。次に、この低温低圧の二相冷媒は、蒸発器６に流入し蒸発気化して、再び、圧縮機２に吸入される。
【００３９】
一方、ブライン回路７では、地中熱熱交換器９で地中から採熱した熱がブラインを熱媒体として循環し、冷却器４で冷媒から更に吸熱することでブライン温度は上昇し、蒸発器６に流入する。このとき、蒸発器６では、地中から採熱した熱と冷媒から吸熱した熱により冷媒の蒸発が促進される。
【００４０】
更に、水回路１０においては、放熱器３が放熱した熱を水が吸熱し、水ポンプ１１で循環し、例えばファンコンベクターや床暖房等の熱利用端末１２で暖房の熱源として使用される。
なお、図１では、通常運転時の冷媒、ブライン、水の流れ方向を矢印で示している。
【００４１】
しかしながら、このような冷媒回路１において、運転を長時間停止した状態から、暖房運転を開始する場合、たとえば、冷媒回路１の周囲温度が高い状態で、地中熱と熱交換しているブライン温度が冷媒回路の温度より低い状態では（たとえば、冷媒回路１の周囲温度が１０℃で、地中熱温度が０℃の状態で停止していた場合など）、ブライン温度が低い状態でブラインポンプ８を起動すると蒸発器６が更に冷却され、圧縮機２が起動した場合、吸入圧力が過度に低下し、圧縮機の信頼性を低下させることになる。
【００４２】
また、暖房運転開始（圧縮機起動）と同時に水ポンプを起動すると、圧縮機の吐出圧力が上昇しにくく、熱利用端末１２で冷水または冷風が循環することになるため、暖房運転の立ち上がり性能が悪化することになる。
このような使用環境において、圧縮機の信頼性を確保しつつ、暖房運転の立ち上がり性能を向上させることは、重要な課題である。
【００４３】
本実施の形態では、詳細は後述するが、第１温度センサー１３で検知したブライン温度Ｔｂが第２温度センサー１４で検知した冷媒回路１の温度Ｔｒより高い場合、ブラインポンプ８を起動し、冷却器４、蒸発器６を暖める。その後、圧縮機２を起動する。圧縮機２の起動後、圧力センサー１５で検知した高圧側の圧力が所定値以上になった場合、水ポンプを起動するものである。
【００４４】
以下、前述した構成において、図２を参照しながら、暖房運転開始時の圧縮機２、ブラインポンプ８、水ポンプ１１の動作について説明する。
【００４５】
はじめに、暖房運転開始に合わせて、ブライン温度の計測を行なう（ステップ１０１）。このとき、ブライン温度検出部は、より地中に近い場所での測定が望ましい。もしくは、ブラインポンプ８を短時間起動し、地中部のブラインを汲み上げてから温度計測を行なってもよい。
【００４６】
次に、冷媒回路温度Ｔｒの計測を行なう（ステップ１０２）。このとき、温度計測部は、蒸発器６の近傍の冷媒配管もしくは冷却器４または蒸発器６そのものでもよい。
【００４７】
次にブライン温度Ｔｂと冷媒回路温度Ｔｒの比較を行う（ステップ１０３）。ステップ１０３において、ブライン温度Ｔｂが冷媒回路温度Ｔｒより高い場合、ブラインポンプ８を起動する（ステップ１０４）。
【００４８】
これにより、温度の高いブラインが冷却器４および蒸発器６に流入し、冷却器４と蒸発器６の温度を上昇させることができる。この状態で圧縮機２を起動（ステップ１０５）することにより、吸入圧力の過度な低下を防止し、信頼性を確保できるとともに、冷却器４の温度も上昇しているため、圧縮機２の吐出圧力を迅速に上昇させることができる。次に、圧縮機２の起動後、高圧側圧力Ｐｄ（ここでは、圧縮機吐出圧力とする）の計測を行なう（ステップ１０６）。
【００４９】
次に、計測された吐出圧力Ｐｄと予め設定された目標吐出圧力Ｐｏとの比較を行う（ステップ１０７）。ここで、目標吐出圧力Ｐｏは、熱利用端末１２で冷水や冷風の循環がなく不快感を得ない温度を確保できる圧力であり、かつ、過度な高圧でない圧力とする。ステップ７で吐出圧力Ｐｄが目標吐出圧力Ｐｏ以上の場合、十分に放熱器３で水回路１０と熱交換し温水を供給できると判断し、水ポンプを起動する（ステップ１０８）。
【００５０】
これにより、暖房運転の立ち上がり性能を向上できるとともに、過度な吐出圧力の上昇を防止し、圧縮機２の信頼性も同時に確保できる。ここで、吐出圧力Ｐｄが目標吐出圧力Ｐｏ未満の場合は、ステップ１０６に戻り、水ポンプ１１の起動を待機する。
【００５１】
一方、ステップ１０３において、ブライン温度Ｔｂが冷媒回路温度Ｔｒより低い場合、ブラインで冷却器４と蒸発器６が冷却されることを回避するため、ブラインポンプ８を起動せず、圧縮機２を先に起動する（ステップ１０９）。
【００５２】
その後、圧縮機２の吸入圧力が安定した状態でブラインポンプを起動（ステップ１１０）し、蒸発器６でブラインを介して地中熱からの吸熱を開始する。
【００５３】
その後、ステップ１０６からステップ１０８と同様に吐出圧力Ｐｄの計測を行なう（ステップ１１１）。
【００５４】
次に、計測された吐出圧力Ｐｄと予め設定された目標吐出圧力Ｐｏとの比較を行う（ス
テップ１１２）。ステップ１１２で吐出圧力Ｐｄが目標吐出圧力Ｐｏ以上の場合、放熱器３で水回路１０と熱交換し温水を供給できると判断し、水ポンプを起動する（ステップ１１３）。これにより、暖房運転の立ち上がり性能を向上できるとともに、過度な吐出圧力の上昇を防止し、圧縮機２の信頼性も同時に確保できる。
【００５５】
以上のようにステップ１０１からステップ１１３を繰り返すことにより、冷媒回路１の温度が低下していた状態においても、まず、蒸発器６の温度を上昇させた状態もしくは蒸発器６の温度を低下させずに圧縮機２を起動できるため吸入圧力の過度な低下を防止することができ圧縮機２の信頼性を確保できる。
【００５６】
また、冷却器４の温度を上昇させながら圧縮機２を起動することができるため吐出圧力を迅速の上昇させることができ暖房運転の立ち上がり性能を向上するとともに運転開始時間を短縮することができる。さらに、圧縮機２の吐出圧力が所定の吐出圧力に到達してから、水ポンプ１１を起動するため、圧縮機２の吐出圧力の過度な上昇を防止することができ、圧縮機２の信頼性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、冷媒回路の温度が低い状態でも、暖房運転開始時に吸入圧力の過度な低下の防止と立ち上がり性能の向上および過度な吐出圧力の上昇を防止することができるものであり、一般空調機、ヒートポンプ温水暖房機、大型地中熱ヒートポンプ暖房機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 冷媒回路
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 冷却器
５ 膨張弁（膨張手段）
６ 蒸発器
７ ブライン回路（第１熱媒体回路）
８ ブラインポンプ（第１熱媒体循環手段）
９ 地中熱熱交換器（外部熱源用熱交換器）
１０ 水回路（第２熱媒体回路）
１１ 水ポンプ（第２熱媒体循環手段）
１２ 熱利用端末
１３ 第１温度センサー（第１温度検出手段）
１４ 第２温度センサー（第２温度検出手段）
１５ 圧力センサー（圧力検出手段）
１６ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍サイクル装置は、ヒートポンプ装置のＣＯＰを高く維持したまま負荷運転を行うため、地中熱循環ポンプの回転数を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来の冷凍サイクル装置の構成図である。
【０００４】
図３に示すように、従来の冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１、負荷側の熱媒体と熱交換を行う凝縮器としての負荷側熱交換器１０２、膨張弁１０３、地中熱源と熱交換を行う蒸発器としての熱源側熱交換器１０４を環状に接続して冷媒回路を構成している。
【０００５】
また、負荷側熱交換器１０２は、床暖房パネル等の負荷端末１０５と負荷側の熱媒体を循環させる負荷側循環ポンプ１０６を環状に接続して構成されている。また、熱源側熱交換器１０４は、地中熱を採熱する地中熱熱交換器１０７と熱源側の熱媒体を循環させる熱源側循環ポンプ１０８を環状に接続して構成されている。
【０００６】
さらに、膨張弁１０３から圧縮機１０１に吸入されるまでの熱源側熱交換器１０４の冷媒配管に冷媒温度検出手段１０９が設けられている。
【０００７】
このような、冷凍サイクル装置において、暖房運転開始に伴い、温度検出手段１０９により冷媒温度を検出し、次に、検出された冷媒温度と目標温度との比較を行う。ここで、目標温度は、予め実験により求められた冷凍サイクル装置においてＣＯＰの良いとされる熱源側熱交換器（蒸発器入口）の冷媒温度である。
【０００８】
冷媒温度が目標温度と一致した場合、熱源側循環ポンプ１０８の回転数を維持する。一方、冷媒温度が目標温度と一致ない場合、冷媒温度と目標温度の比較を行い、冷媒温度が目標温度より低い場合は、熱源側循環ポンプ１０８の回転数を増加させ、冷媒温度が目標温度より高い場合は、地中熱循環ポンプの回転数を減少させるように制御するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−９４８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、本従来技術においては、システムの起動に関して、ブラインポンプ、水ポンプ、圧縮機の起動制御方法は記述されておらず、暖房運転の立ち上がり性能の向上や圧縮機信頼性確保に関して考えられていない。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するもので、圧縮機の吸入圧力低下や吐出圧力の過度な上昇を抑制し、暖房運転時の立ち上がり性能を向上することができる冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器を環状が接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、第１熱媒体が循環する第１熱媒体回路と、前記放熱器、熱利用端末、第２熱媒体循環手段が環状に接続され、第２熱媒体が循環する第２熱媒体回路と、前記第１熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段と前記冷媒回路または前記冷媒回路の周囲温度を検出する第２温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１温度検出手段で検出された温度が、前記第２温度検出手段で検出された温度より高い場合、前記第１熱媒体循環手段、前記圧縮機、前記第２熱媒体循環手段の順で起動させることを特徴とするものである。
【００１３】
これによって、冷媒回路において暖房運転を行う場合、起動時に、まず、第１熱媒体循環手段を起動することにより、冷媒回路より温度の高い第１熱媒体が蒸発器を流通するため蒸発器の温度が上昇する。次に、第２熱媒体循環手段を停止した状態で圧縮機を起動することにより、圧縮された高温冷媒が放熱器にて放熱されないため、高圧が上昇し、かつ放熱器が加熱される。最後に、第２熱媒体循環手段を起動することにより、加熱された放熱器付近に滞留していた高温の第２熱媒体が循環して熱利用端末に移動する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮機の吸入圧力低下や吐出圧力の過度な上昇を抑制し、暖房運転時の立ち上がり性能を向上することができる冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクルの構成図
【図２】同ブラインポンプ、圧縮機、水ポンプの起動フローチャート
【図３】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器を環状が接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、第１熱媒体が循環する第１熱媒体回路と、前記放熱器、熱利用端末、第２熱媒体循環手段が環状に接続され、第２熱媒体が循環する第２熱媒体回路と、前記第１熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段と前記冷媒回路または前記冷媒回路の周囲温度を検出する第２温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１温度検出手段で検出された温度が、前記第２温度検出手段で検出された温度より高い場合、前記第１熱媒体循環手段、前記圧縮機、前記第２熱媒体循環手段の順で起動させることを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１７】
これにより、冷媒回路において暖房運転を行う場合、起動時に、まず、第１熱媒体循環手段を起動することにより、冷媒回路より温度の高い第１熱媒体が蒸発器を流通するため蒸発器の温度が上昇する。
【００１８】
次に、第２熱媒体循環手段を停止した状態で圧縮機を起動することにより、圧縮された高温冷媒が放熱器にて放熱されないため、高圧が上昇し、かつ放熱器が加熱される。最後に、第２熱媒体循環手段を起動することにより、加熱された放熱器付近に滞留していた高温の第２熱媒体が循環して熱利用端末に移動する。
【００１９】
その結果、圧縮機を蒸発器温度が上昇した状態で起動できるとともに、蒸発器入口の第１熱媒体温度が上昇するため、圧縮機の過度な吸入圧力低下を防止し、圧縮機の信頼性向上できる。
【００２０】
また、最後に第２熱媒体循環手段を起動することにより、高圧が上昇した状態で放熱器を利用することができ、立ち上がり性能の良い暖房運転が可能となる。
【００２１】
第２の発明は、第１の発明において、冷却器を、前記冷媒回路の前記放熱器と前記膨張手段との間と、および、前記第１熱媒体回路の前記第１熱媒体循環手段と前記蒸発器との間とに接続し配設したことを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、冷媒回路において暖房運転を行う場合、放熱器が加熱されるのに加えて、冷媒回路より温度の高い第１熱媒体が冷却器を流通し、冷却器が第１熱媒体により加熱され、冷却器の温度が上昇するため、冷媒回路側の高圧側温度が上昇する。
【００２３】
その結果、第１の発明の効果に加えて、高圧側圧力を迅速に上昇させることができるため、暖房運転の開始時間を短縮することができる。
【００２４】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記冷媒回路の高圧側の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記制御装置は、前記圧力検出手段で検出された高圧側圧力が所定値以上の場合、前記第２熱媒体循環手段を起動させることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、冷媒回路において暖房運転を行う場合、圧力検出手段により検出された高圧側圧力が、所定値以上となった場合、第２熱媒体循環手段を運転することにより、高圧側冷媒は、第２熱媒体と熱交換し、高圧側圧力は、予め設定された所定の圧力付近で安定する。その結果、高圧の過度な上昇を防止し、圧縮機の信頼性を確保できる。
【００２６】
第４の発明は、特に第１〜第３のいずれかの発明において、熱媒体は、水または不凍液であり、前記放熱器により加熱された前記水または不凍液を、暖房と給湯の少なくとも一方に利用することを特徴とする温水生成装置である。
【００２７】
これにより、放熱器は、冷媒−空気熱交換器でも、冷媒−水熱交換器でも、冷媒−不凍液熱交換器など、種類を限定する必要がない。
【００２８】
その結果、放熱器により加熱された熱媒体を、暖房機器（温風機、ラジエータ、床暖房パネル等）や給湯機器などに幅広く使用することができる。
【００２９】
以下、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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル図、図２は、ブラインポンプ、圧縮機、水ポンプの制御フローチャートを示すものである。
【００３１】
冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＣＯ２等の単一冷媒等を用いることができる。
【００３２】
図１において、冷媒回路１は、冷媒を圧縮する圧縮機２、圧縮された高圧冷媒の熱を放熱する放熱器３、更に高温冷媒を冷却する冷却器４、高圧冷媒を減圧膨張させる膨張弁５（膨張手段）、減圧膨張された二相冷媒を蒸発させる蒸発器６を順次配管接続して構成されている。
【００３３】
また、ブライン回路７（第１熱媒体回路）は、地中熱を汲み上げる熱媒体のブラインを循環させるブラインポンプ８（第１熱媒体循環手段）、冷却器４、蒸発器６、地中熱熱交換器９（外部熱源用熱交換器）を順次配管接続して構成されている。
【００３４】
更に、水回路１０（第２熱媒体回路）は、放熱器３、放熱器から吸熱した温水を循環する水ポンプ１１（第２熱媒体循環手段）、温水を利用して暖房を行なう熱利用端末１２が順次配管接続して構成されている。
【００３５】
また、ブライン回路７には、ブライン温度を検出する第１温度センサー１３（第１温度検出手段）、冷媒回路１には、冷媒回路１の停止時の温度を検出する第２温度センサー１４（第２温度検出手段）と高圧側圧力を検出する圧力センサー１５（圧力検出手段）が設けられている。
【００３６】
ここで、高圧圧力の検出には、圧力センサー１５を用いたが、Ｒ４０７ＣやＲ４１０Ａ等、冷媒温度から飽和圧力を検出できる冷媒を使用している場合は、圧力センサーの代わりに温度センサーを用いて放熱器の温度を測定し（例えば、放熱器出口温度など）、飽和温度と飽和圧力の関係から高圧側圧力を推定してもよい。
【００３７】
また、第１温度センサー１３、第２温度センサー１４および圧力センサー１５で検出された温度および圧力の値から圧縮機２、ブラインポンプ８、水ポンプの運転を制御するための制御装置１６が備えられている。
【００３８】
まず、図１に示す冷凍サイクルにおいて、冷媒回路１では、圧縮機２から吐出された高圧ガス冷媒は、放熱器３に流入し放熱して温度が低下する。その後、温度が低下した高圧液冷媒は、冷却器４により更に冷却され、膨張弁５により減圧膨張され低温低圧の二相冷媒となる。次に、この低温低圧の二相冷媒は、蒸発器６に流入し蒸発気化して、再び、圧縮機２に吸入される。
【００３９】
一方、ブライン回路７では、地中熱熱交換器９で地中から採熱した熱がブラインを熱媒体として循環し、冷却器４で冷媒から更に吸熱することでブライン温度は上昇し、蒸発器６に流入する。このとき、蒸発器６では、地中から採熱した熱と冷媒から吸熱した熱により冷媒の蒸発が促進される。
【００４０】
更に、水回路１０においては、放熱器３が放熱した熱を水が吸熱し、水ポンプ１１で循環し、例えばファンコンベクターや床暖房等の熱利用端末１２で暖房の熱源として使用される。
なお、図１では、通常運転時の冷媒、ブライン、水の流れ方向を矢印で示している。
【００４１】
しかしながら、このような冷媒回路１において、運転を長時間停止した状態から、暖房運転を開始する場合、たとえば、冷媒回路１の周囲温度が高い状態で、地中熱と熱交換しているブライン温度が冷媒回路の温度より低い状態では（たとえば、冷媒回路１の周囲温度が１０℃で、地中熱温度が０℃の状態で停止していた場合など）、ブライン温度が低い状態でブラインポンプ８を起動すると蒸発器６が更に冷却され、圧縮機２が起動した場合、吸入圧力が過度に低下し、圧縮機の信頼性を低下させることになる。
【００４２】
また、暖房運転開始（圧縮機起動）と同時に水ポンプを起動すると、圧縮機の吐出圧力が上昇しにくく、熱利用端末１２で冷水または冷風が循環することになるため、暖房運転の立ち上がり性能が悪化することになる。
このような使用環境において、圧縮機の信頼性を確保しつつ、暖房運転の立ち上がり性能を向上させることは、重要な課題である。
【００４３】
本実施の形態では、詳細は後述するが、第１温度センサー１３で検知したブライン温度Ｔｂが第２温度センサー１４で検知した冷媒回路１の温度Ｔｒより高い場合、ブラインポンプ８を起動し、冷却器４、蒸発器６を暖める。その後、圧縮機２を起動する。圧縮機２の起動後、圧力センサー１５で検知した高圧側の圧力が所定値以上になった場合、水ポンプを起動するものである。
【００４４】
以下、前述した構成において、図２を参照しながら、暖房運転開始時の圧縮機２、ブラインポンプ８、水ポンプ１１の動作について説明する。
【００４５】
はじめに、暖房運転開始に合わせて、ブライン温度の計測を行なう（ステップ１０１）。このとき、ブライン温度検出部は、より地中に近い場所での測定が望ましい。もしくは、ブラインポンプ８を短時間起動し、地中部のブラインを汲み上げてから温度計測を行なってもよい。
【００４６】
次に、冷媒回路温度Ｔｒの計測を行なう（ステップ１０２）。このとき、温度計測部は、蒸発器６の近傍の冷媒配管もしくは冷却器４または蒸発器６そのものでもよい。
【００４７】
次にブライン温度Ｔｂと冷媒回路温度Ｔｒの比較を行う（ステップ１０３）。ステップ１０３において、ブライン温度Ｔｂが冷媒回路温度Ｔｒより高い場合、ブラインポンプ８を起動する（ステップ１０４）。
【００４８】
これにより、温度の高いブラインが冷却器４および蒸発器６に流入し、冷却器４と蒸発器６の温度を上昇させることができる。この状態で圧縮機２を起動（ステップ１０５）することにより、吸入圧力の過度な低下を防止し、信頼性を確保できるとともに、冷却器４の温度も上昇しているため、圧縮機２の吐出圧力を迅速に上昇させることができる。次に、圧縮機２の起動後、高圧側圧力Ｐｄ（ここでは、圧縮機吐出圧力とする）の計測を行なう（ステップ１０６）。
【００４９】
次に、計測された吐出圧力Ｐｄと予め設定された目標吐出圧力Ｐｏとの比較を行う（ステップ１０７）。ここで、目標吐出圧力Ｐｏは、熱利用端末１２で冷水や冷風の循環がなく不快感を得ない温度を確保できる圧力であり、かつ、過度な高圧でない圧力とする。ステップ７で吐出圧力Ｐｄが目標吐出圧力Ｐｏ以上の場合、十分に放熱器３で水回路１０と熱交換し温水を供給できると判断し、水ポンプを起動する（ステップ１０８）。
【００５０】
これにより、暖房運転の立ち上がり性能を向上できるとともに、過度な吐出圧力の上昇を防止し、圧縮機２の信頼性も同時に確保できる。ここで、吐出圧力Ｐｄが目標吐出圧力Ｐｏ未満の場合は、ステップ１０６に戻り、水ポンプ１１の起動を待機する。
【００５１】
一方、ステップ１０３において、ブライン温度Ｔｂが冷媒回路温度Ｔｒより低い場合、ブラインで冷却器４と蒸発器６が冷却されることを回避するため、ブラインポンプ８を起動せず、圧縮機２を先に起動する（ステップ１０９）。
【００５２】
その後、圧縮機２の吸入圧力が安定した状態でブラインポンプを起動（ステップ１１０）し、蒸発器６でブラインを介して地中熱からの吸熱を開始する。
【００５３】
その後、ステップ１０６からステップ１０８と同様に吐出圧力Ｐｄの計測を行なう（ステップ１１１）。
【００５４】
次に、計測された吐出圧力Ｐｄと予め設定された目標吐出圧力Ｐｏとの比較を行う（ス
テップ１１２）。ステップ１１２で吐出圧力Ｐｄが目標吐出圧力Ｐｏ以上の場合、放熱器３で水回路１０と熱交換し温水を供給できると判断し、水ポンプを起動する（ステップ１１３）。これにより、暖房運転の立ち上がり性能を向上できるとともに、過度な吐出圧力の上昇を防止し、圧縮機２の信頼性も同時に確保できる。
【００５５】
以上のようにステップ１０１からステップ１１３を繰り返すことにより、冷媒回路１の温度が低下していた状態においても、まず、蒸発器６の温度を上昇させた状態もしくは蒸発器６の温度を低下させずに圧縮機２を起動できるため吸入圧力の過度な低下を防止することができ圧縮機２の信頼性を確保できる。
【００５６】
また、冷却器４の温度を上昇させながら圧縮機２を起動することができるため吐出圧力を迅速の上昇させることができ暖房運転の立ち上がり性能を向上するとともに運転開始時間を短縮することができる。さらに、圧縮機２の吐出圧力が所定の吐出圧力に到達してから、水ポンプ１１を起動するため、圧縮機２の吐出圧力の過度な上昇を防止することができ、圧縮機２の信頼性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、冷媒回路の温度が低い状態でも、暖房運転開始時に吸入圧力の過度な低下の防止と立ち上がり性能の向上および過度な吐出圧力の上昇を防止することができるものであり、一般空調機、ヒートポンプ温水暖房機、大型地中熱ヒートポンプ暖房機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 冷媒回路
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 冷却器
５ 膨張弁（膨張手段）
６ 蒸発器
７ ブライン回路（第１熱媒体回路）
８ ブラインポンプ（第１熱媒体循環手段）
９ 地中熱熱交換器（外部熱源用熱交換器）
１０ 水回路（第２熱媒体回路）
１１ 水ポンプ（第２熱媒体循環手段）
１２ 熱利用端末
１３ 第１温度センサー（第１温度検出手段）
１４ 第２温度センサー（第２温度検出手段）
１５ 圧力センサー（圧力検出手段）
１６ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器を環状が接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、第１熱媒体が循環する第１熱媒体回路と、前記放熱器、熱利用端末、第２熱媒体循環手段が環状に接続され、第２熱媒体が循環する第２熱媒体回路と、前記第１熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段と前記冷媒回路または前記冷媒回路の周囲温度を検出する第２温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１温度検出手段で検出された温度が、前記第２温度検出手段で検出された温度より高い場合、前記第１熱媒体循環手段、前記圧縮機、前記第２熱媒体循環手段の順で起動させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
冷却器を、前記冷媒回路の前記放熱器と前記膨張手段との間と、および、前記第１熱媒体回路の前記第１熱媒体循環手段と前記蒸発器との間とに接続し配設したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷媒回路の高圧側の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記制御装置は、前記圧力検出手段で検出された高圧側圧力が所定値以上の場合、前記第２熱媒体循環手段を起動させることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱媒体は、水または不凍液であり、前記放熱器により加熱された前記水または不凍液を、暖房と給湯の少なくとも一方に利用することを特徴とする温水生成装置。
【請求項１】
圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器を環状が接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、第１熱媒体が循環する第１熱媒体回路と、前記放熱器、熱利用端末、第２熱媒体循環手段が環状に接続され、第２熱媒体が循環する第２熱媒体回路と、前記第１熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段と前記冷媒回路または前記冷媒回路の周囲温度を検出する第２温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１温度検出手段で検出された温度が、前記第２温度検出手段で検出された温度より高い場合、前記第１熱媒体循環手段、前記圧縮機、前記第２熱媒体循環手段の順で起動させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
冷却器を、前記冷媒回路の前記放熱器と前記膨張手段との間と、および、前記第１熱媒体回路の前記第１熱媒体循環手段と前記蒸発器との間とに接続し配設したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷媒回路の高圧側の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記制御装置は、前記圧力検出手段で検出された高圧側圧力が所定値以上の場合、前記第２熱媒体循環手段を起動させることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱媒体は、水または不凍液であり、前記放熱器により加熱された前記水または不凍液を、暖房と給湯の少なくとも一方に利用することを特徴とする温水生成装置。
【図２】
【図３】
【図１】
【図３】
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１０８７２０（Ｐ２０１３−１０８７２０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６２２８（Ｐ２０１１−２５６２２８）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
[ Back to top ]