JP2003106691A - 温水供給装置 - Google Patents
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Abstract
時間の短縮を図ることができると共に、COPの低下を
抑えることが可能な温水供給装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機25と水熱交換器26と減圧機構
24と蒸発器30とを有する冷媒回路Rを備える。冷媒
回路Rの冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用いる。
水熱交換器26が凝縮器として機能して、この水熱交換
器26を通過する温水を加熱する。冷媒回路Rの冷媒循
環量を、水熱交換器26の入水温度が高いときには低い
ときよりも増加させる。
Description
関するものである。
器と減圧機構と蒸発器とを有する冷媒回路を備えたもの
があり、この場合、水熱交換器が凝縮器として機能し
て、この水熱交換器を通過する温水(水)を加熱するも
のである。また、この種の温水供給装置には給湯を目的
としたものがあり、このような場合、貯湯タンクを備
え、貯湯タンクの底壁の取水口から循環路へ水(温水)
を流出させ、循環路に設けられる熱交換路(上記水熱交
換器にて構成する)にて沸上げ、この沸上げた温湯を貯
湯タンクの上部の給水口を介してこの貯湯タンクに返流
させる。これによって、貯湯タンクに高温の温湯を貯め
るものである。そして、近年では夜間の電力使用料が安
く設定されるため、夜間において運転して高温の温水を
貯湯タンクに貯えておくのが一般的であった。
媒として、ジクロロジフルオロメタン(R−12)やク
ロロジフルオロメタン(R−22)のような冷媒が使用
されてきたが、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題か
ら、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(R−13
4a)のような代替冷媒が使用されるようになってい
る。しかしながらこのR−134aにおいても、依然と
して地球温暖化能が高いなどの問題があることから、近
年では、このような問題のない自然系冷媒を使用するこ
とが推奨されつつある。この自然系冷媒として炭酸ガス
等の超臨界冷媒が有用であることは、公知である。
る場合において、高温の温水が貯湯タンクの下部にまで
貯まっている状態では、高温の温湯(温水)が循環路へ
流出することになる。このため、水熱交換器への入水温
度が上昇することになる。また、上記のように超臨界冷
媒を用いた場合には、一般には、その冷凍サイクルは図
10の実線で示すものとなる。このため、水熱交換器へ
の入水温度が上昇(水温UP)すれば、図10の2点鎖線
で示すように、凝縮過程でのエンタルピ差が狭くなり、
給湯能力及びCOPが減少していた。ところで、運転時
間が長くなると、夜間のみでは貯湯することができず、
電力使用料が高額となる昼間において運転を行う必要が
あり、コスト高となり、さらには、いわゆる放熱ロスが
生じることになって、一層運転時間が大きくなるという
問題点もあった。
めになされたものであって、その目的は、水熱交換器へ
の入水温度が上昇しても、運転時間の短縮を図ることが
できると共に、COPの低下を抑えることが可能な温水
供給装置を提供することにある。
給装置は、圧縮機25と水熱交換器26と減圧機構24
と蒸発器30とを有する冷媒回路Rを備え、この冷媒回
路Rの冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用い、上記
水熱交換器26が凝縮器として機能して、この水熱交換
器26を通過する温水を加熱する温水供給装置であっ
て、上記冷媒回路Rの冷媒循環量を、上記水熱交換器2
6の入水温度が高いときには低いときよりも増加させる
ことを特徴としている。
26の入水温度が高くなって、凝縮過程でのエンタルピ
差が狭くなっても、冷媒回路Rの冷媒循環量を増加させ
るので、この冷媒回路Rの能力の低下を抑えることがで
きる。
5の周波数を増加させて冷媒循環量を増加させる特徴と
している。
換器26の入水温度が高くなった場合の冷媒循環量の増
加を、確実に行うことできる。
器26を温水が循環する循環回路を備え、この循環回路
の水循環用ポンプ13の回転数を、上記水熱交換器26
の入水温度が高いときには低いときよりも増加させるこ
とを特徴としている。
換器26の入水温度が高くなった場合には、循環回路の
水循環用ポンプ13の回転数を増加させるものであるの
で、水(温水)流量が増加し、水側の伝熱促進が図れ
る。
Rの高圧側の圧力を、上記水熱交換器26の入水温度が
高いときには低いときよりも上昇させることを特徴とし
ている。
換器26の入水温度が高くなった場合には、冷媒回路R
の高圧側の圧力を上昇させることができ、これによっ
て、凝縮過程でのエンタルピ差を大きくとることができ
る。
24を調整して高圧側の圧力を上昇させることを特徴と
している。
換器26の入水温度が高くなった場合の高圧側の圧力の
上昇を、確実に行うことができる。
5の周波数を増加させて高圧側の圧力を上昇させること
を特徴としている。
換器26の入水温度が高くなった場合の高圧側の圧力の
上昇を、確実に行うことができる。
器26にて沸上げられた温水が給湯用であることを特徴
としている。
換器26にて沸上げた温水を貯湯タンク3に貯える場合
に、水熱交換器26への入水温度が上昇したとしても能
力が低下しないので、この貯湯タンク3に温水(温湯)
を貯めるための運転時間が大とならず、電気料金が安い
深夜のみの運転で十分この貯湯タンク3に所望の温度の
温水を貯めることができる。
具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に
説明する。図1はこの温水供給装置の簡略図を示し、こ
の温水供給装置は、この場合ヒートポンプ式給湯装置で
あり、タンクユニット1と熱源ユニット2を備え、タン
クユニット1の水(温湯)を熱源ユニット2にて加熱す
るものである。
この貯湯タンク3に貯湯された温湯が浴槽等に供給され
る。そのため、貯湯タンク3には、その底壁に給水口5
が設けられ、その上壁に出湯口6が設けられ、給水口5
から貯湯タンク3に水が供給され、出湯口6から高温の
温湯が出湯する。この場合、給水口5には逆止弁7を有
する給水用流路8が接続され、貯湯タンク3の底壁には
取水口10が開設され、貯湯タンク3の側壁(周壁)の
上部には給湯口11が開設されている。そして、取水口
10と給湯口11とが循環路12にて連結され、この循
環路12に水循環用ポンプ13と熱交換路14とが介設
されている。
ピッチで4個の残湯量検出器18a、18b、18c、
18dが設けられ、さらには、貯湯タンク3の上壁に温
度センサ19が設けられている。上記各残湯量検出器1
8a、18b、18c、18d及び温度センサ19は、
例えば、それぞれサーミスタからなる。また、上記循環
路12には、熱交換路14の上流側(具体的には、水循
環用ポンプ13の上流側)に取水サーミスタ20(後述
する水熱交換器26への入水温度を検出する温度検出手
段23を構成する)が設けられると共に、熱交換路14
の下流側に出湯サーミスタ21(沸上げ温度を検出する
温度検出手段22を構成する)が設けられている。
は冷媒回路Rを備え、この冷媒回路Rは、圧縮機25
と、上記熱交換路14を構成する水熱交換器26と、液
ガス熱交換器27と、レシーバ28と、減圧機構24を
構成する膨張弁29と、蒸発器30と、アキュームレー
タ32等を有する。そして、この冷媒回路Rの冷媒とし
ては、例えば、超臨界で使用する二酸化炭素(CO2)
を用いる。なお、圧縮機25と水熱交換器26とを接続
する冷媒流路31にはHPS36が設けられている。
かし運転)を説明する。圧縮機25を駆動し、水熱交換
器26を凝縮器として機能させる。次に、水循環用ポン
プ13を駆動(作動)させる。すると、貯湯タンク3の
底部に設けた取水口10から貯溜水(温湯)が流出し、
これが循環路12の熱交換路14を流通する。そのとき
この温湯は凝縮器として機能している水熱交換器26に
よって加熱され(沸上げられ)、給湯口11から貯湯タ
ンク3の上部に返流される。そして、このような動作を
継続して行うことによって、貯湯タンク3に温湯が貯湯
されることになる。また、この運転時の冷凍サイクルは
図6(P−h線図)の実線(通常)で示すようなサイク
ルとなる。図6のA点、B点、C点、D点、E点、F点
は、図1の各A点〜F点に対応している。なお、現状の
電力料金制度は夜間の電力料金単価が昼間に比べて低く
設定されているので、この運転は、低額である深夜時間
帯に行い、コストの低減を図るようにするのが好まし
い。
温の温水が貯湯タンク3の下部にまで貯まっている状態
では、貯湯タンク3内の高温の温湯が取水口10から循
環路12に流出することになる。このような場合には、
水熱交換器26の入水温度が上昇する。水熱交換器26
の入水温度が上昇すれば、図1のB点は冷凍サイクル上
で図6のB´点(白丸)となり、図1のE点は冷凍サイ
クル上で図6のE´点(白丸)となる。すなわち、入水
温度が上昇(水温UP)すれば、図6の2点鎖線で示す
冷凍サイクルとなって、凝縮過程でのエンタルピ差が狭
くなり、給湯能力が低下してCOPが低下する。この図
6において、B点〜C点、B´点〜C点が、液ガス熱交
換器27による熱交換部分を示し、A点〜B点、A点〜
B´点が水熱交換器26による熱交換部分を示してい
る。また、入水温度が上昇すれば、図7(T−S線図)
で示すように、入水温度がαであり、出口温度(吐出温
度)がβであるときに、入水温度がα´に上昇すれば、
吐出温度がβ´となる。
度が上昇して冷凍サイクルが短くなれば(エンタルピ差
が狭くなれば)、冷媒回路Rの冷媒循環量を増加させ
て、給湯能力を低下させないようにするものであって、
図2に示すように、その制御部は、温度検出手段23に
て検出された入水温度に基づいて、冷媒循環量を増加さ
せるための制御手段40を備える。冷媒循環量を増加さ
せるには、例えば、圧縮機25の周波数(回転周波数)
を増加させればよい。この場合、冷媒循環量を増加させ
ると共に、タンクユニット1の水循環用ポンプ13の回
転数を増加させるようにしてもよい。
8の実線で示すように、吐出温度(温度検出手段22に
て検出される温度)を上昇させたり、図9に示すよう
に、高圧側の圧力を上昇させたりして、冷凍サイクルを
大きくしてもよい。吐出温度を上昇させるには、例え
ば、圧縮機25の周波数を増加させればよく、高圧側の
圧力を上昇させるには、例えば、減圧機構24を構成す
る膨張弁29を絞ったり、圧縮機25の周波数を増加さ
せたりすればよい。
ついて図3のフローチャート図を使用して説明する。ス
テップS1において、温度検出手段23にて入水温度を
検出し、ステップS2で温度が上昇しているか否かを判
断する。ここで、温度上昇の判断基準は、例えば、図4
に示す冷凍サイクルの入水温度を基準とし、この温度を
越えているか否かを判断する。そして、上昇していなけ
れば、この制御手段40による制御運転を行うことな
く、入水温度の検出を続ける。上昇していれば、ステッ
プS3へ移行して、圧縮機25の周波数を増加させて冷
媒循環量を増加させる。この場合、循環回路12の水循
環用ポンプ13の回転数を増加させるのが好ましい。次
に、ステップS4で沸上げ温度(吐出温度)を検出し
て、この温度が所望の沸上げ温度(例えば、85℃位)
となっているか否か(吐出温度が正常か否か)を判断す
る。正常でなければ、ステップS3に戻り、正常であれ
ば、ステップ5へ移行して、冷媒循環量を増加させるの
を停止してその循環量を維持する共に、水循環用ポンプ
12の回転数を増加させた場合には、その増加を停止し
てその回転数を維持する。その後は、ステップS6へ移
行して、この運転を停止するか否かを判断し、停止でな
いならば、つまり運転継続ならば、ステップS1に戻
り、停止ならば、この運転を停止する。
の間において、図4に示すように、ステップS7へ移行
しても、図5に示すステップS8へ移行してもよい。ス
テップS7へ移行した場合、このステップS7で、高圧
側の圧力を増加させるか否を判断し、増加させない場
合、そのままステップS4へ移行し、圧力を増加させる
場合には、ステップS9へ移行して、図9に示すよう
に、圧力を増加させる。その後はステップS4へ移行す
る。また、ステップS8へ移行した場合、このステップ
S8で、吐出温度を上昇させるか否かを判断し、増加さ
せない場合、そのままステップS4へ移行し、吐出温度
を上昇させる場合には、ステップS10へ移行して、図
8に示すように、吐出温度を上昇させる。その後はステ
ップS4へ移行する。
ステップS4において吐出温度が正常か否かを判断し
て、正常であれば、圧力の増加を停止してその圧力を維
持してステップS5へ移行する。正常でなければ、圧力
を増加させるステップS9へ戻る。ステップS8へ移行
した場合には、ステップS4において吐出温度が正常か
否かを判断して、正常であれば、吐出温度を上昇させる
のを停止してその吐出温度を維持してステップS5へ移
行する。正常でなければ、吐出温度を上昇させるステッ
プS9へ戻る。なお、ステップS7、S8へ移行する場
合、どちらを先行させてもよい。また、ステップS7を
先行した場合、ステップS8に移行することなくステッ
プS4へ移行させても、逆に、ステップS8を先行した
場合、ステップS7に移行することなくステップS4へ
移行させてもよい。
形成される冷凍サイクルが、水熱交換器26の入水温度
が上昇することによって、短くなっても、冷媒循環量を
増加させることによって、温水供給装置としての湯沸か
し能力の低下を防止することができ、また、この冷媒循
環量の増加と水循環用ポンプ13の回転数の増加とでも
って、貯湯タンク3の短時間の沸上げを可能とし、CO
Pの減少を防止することができる。さらに、高圧側の圧
力を上昇させたり、吐出温度を上昇させたりすれば、比
較的大きな冷凍サイクルを形成することができ、能率の
よい沸上げを行うことができる。
28と液ガス熱交換器27とを備えているが、このレシ
ーバ28は、冷媒回路Rの冷媒循環量を適量に維持する
ためのものであり、液ガス熱交換器27は、レシーバ2
8に充填する冷媒量を調整するためのものである。これ
により、適切な冷凍サイクルを維持することができ、安
定した沸上げ温度維持することができる。
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。例えば、この温水供給装置にて沸上げられ
る温水を、給湯用以外の床暖房やパネルヒータ等に使用
してもよい。また、冷媒としては、二酸化炭素以外に、
エチレンやエタン、酸化窒素等の超臨界で使用する冷媒
であってもよい。さらに、冷媒循環量を増加させる場
合、圧縮機25の周波数を増加させる制御のみであって
もよく、これに、高圧側の圧力を増加させ制御のみを付
加したり、吐出温度を上昇させる制御のみを付加ように
したり、さらには、圧力を増加させる制御と吐出温度を
上昇させる制御とを付加するようにしてもよい。また、
冷媒循環量の増加としては、直線状となるものであって
も、所定量づつ階段状となるものであってもよい。
交換器の入水温度が高くなって、凝縮過程でのエンタル
ピ差が狭くなっても、冷媒回路の能力の低下を抑えるこ
とができる。これによって、湯沸かし能力及びCOPの
減少を防止することができる。
換器の入水温度が高くなった場合の冷媒循環量の増加を
確実に行うことでき、制御が簡単であり、安定した沸上
げが可能となる。
が増加し、水側の伝熱促進が図れる。ので、能力低下を
防止することができると共に、所定量の温水(温湯)の
短時間に沸上げることができる。これによって、放熱ロ
スを防止することができ、効率のよい沸上げが可能とな
る。
程でのエンタルピ差を大きくとることができて、効率の
よい沸上げが一層可能となる。
れば、高圧側の圧力の上昇を、確実に行うことができ、
より安定した沸上げが可能となる。
換器にて沸上げた温水を貯湯タンクに貯える場合に、運
転時間が大とならず、電気料金が安い深夜のみの運転で
十分この貯湯タンクに所望の温度の温水を貯めることが
できる。これによって、大幅なコストの低減が可能とな
る。
略図である。
ある。
ート図である。
フローチャート図である。
フローチャート図である。
線図である。
線図である。
の冷凍サイクルを示すグラフ図である。
場合の冷凍サイクルを示すグラフ図である。
冷凍サイクルのグラフ図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 圧縮機(25)と水熱交換器(26)と
減圧機構(24)と蒸発器(30)とを有する冷媒回路
(R)を備え、この冷媒回路(R)の冷媒に超臨界で使
用する超臨界冷媒を用い、上記水熱交換器(26)が凝
縮器として機能して、この水熱交換器(26)を通過す
る温水を加熱する温水供給装置であって、上記冷媒回路
(R)の冷媒循環量を、上記水熱交換器(26)の入水
温度が高いときには低いときよりも増加させることを特
徴とする温水供給装置。 - 【請求項2】 上記圧縮機(25)の周波数を増加させ
て冷媒循環量を増加させる特徴とする請求項1の温水供
給装置。 - 【請求項3】 上記水熱交換器(26)を温水が循環す
る循環回路を備え、この循環回路の水循環用ポンプ(1
3)の回転数を、上記水熱交換器(26)の入水温度が
高いときには低いときよりも増加させることを特徴とす
る請求項1又は請求項2の温水供給装置。 - 【請求項4】 上記冷媒回路(R)の高圧側の圧力を、
上記水熱交換器(26)の入水温度が高いときには低い
ときよりも上昇させることを特徴とする請求項1又は請
求項2の温水供給装置。 - 【請求項5】 上記減圧機構(24)を調整して高圧側
の圧力を上昇させることを特徴とする請求項4の温水供
給装置。 - 【請求項6】 上記圧縮機(25)の周波数を増加させ
て高圧側の圧力を上昇させることを特徴とする請求項4
の温水供給装置。 - 【請求項7】 上記水熱交換器(26)にて沸上げられ
た温水が給湯用であることを特徴とする請求項1〜請求
項6のいずれかの温水供給装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001302125A JP3564687B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 温水供給装置 |
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JP2003106691A true JP2003106691A (ja) | 2003-04-09 |
JP3564687B2 JP3564687B2 (ja) | 2004-09-15 |
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---|---|---|---|
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JP (1) | JP3564687B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005164103A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 冷凍サイクル装置およびその制御方法 |
JP2005201538A (ja) * | 2004-01-15 | 2005-07-28 | Sunpot Co Ltd | ヒートポンプ式温水器 |
JP2009008378A (ja) * | 2007-05-25 | 2009-01-15 | Denso Corp | 冷凍サイクル装置 |
WO2015056334A1 (ja) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001302125A patent/JP3564687B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP3564687B2 (ja) | 2004-09-15 |
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