JP2009085476A - Heat pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関する。 The present invention relates to a hot water storage type heat pump hot water supply apparatus.
従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、図2に示すものがある(例えば、特許文献1参照)。図2において、ヒートポンプ給湯装置は、圧縮機1、給湯用熱交換器2、減圧手段3、蒸発器4からなる冷媒循環回路と、貯湯槽5、循環ポンプ6、前記給湯用熱交換器2、三方弁7、貯湯槽5頂部の温水戻り口8を順次接続した給湯回路と、前記三方弁7と前記貯湯槽5底部を接続するバイパス回路からなる。
Conventionally, this type of heat pump hot-water supply apparatus has what is shown in FIG. 2 (for example, refer patent document 1). In FIG. 2, the heat pump hot water supply apparatus includes a refrigerant circulation circuit including a compressor 1, a hot water supply heat exchanger 2, a decompression means 3, and an evaporator 4, a hot
運転を開始すると、循環ポンプ6が運転され、貯湯槽5から給湯用熱交換器2に流入する入水温度が計測され、室外気温、入水温度と出湯目標温度により、圧縮機1の運転周波数、減圧手段3の初期開度が決定され、圧縮機1が運転開始する。圧縮機1より吐出された冷媒は次第に高温高圧の過熱ガス冷媒となり、給湯用熱交換器2に流入し、ここで循環ポンプ6から送られてきた給湯水を加熱する。
When the operation is started, the
そして、凝縮液化した冷媒は減圧手段3で減圧され、蒸発器4に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機1にもどる。一方、給湯用熱交換器2で加熱された湯はその温度が給湯設定温度(例えば80℃)より一定値低い温度(例えば70℃)より低い場合、貯湯槽5の低部に戻り、給湯設定温度(例えば80℃)より一定値低い温度(例えば70℃)より高くなると三方弁7を切り替え、貯湯槽5の上部に流入し、貯湯槽5の上から次第に貯湯されていく。
The condensed and liquefied refrigerant is decompressed by the decompression means 3 and flows into the evaporator 4, where it absorbs atmospheric heat to evaporate and returns to the compressor 1. On the other hand, when the temperature of the hot water heated by the heat exchanger 2 for hot water supply is lower than a temperature (for example, 70 ° C.) lower than a set temperature of the hot water supply (for example, 80 ° C.), the hot water returns to the lower part of the
そして、給湯用熱交換器2の入口水温が設定値に達すると入水温度センサー20が検知し、圧縮機1によるヒートポンプ運転を停止するものである。さらに、室外気温が低く蒸発器4に霜が生成し、その霜を溶かす除霜運転を行う場合、循環ポンプ6を停止し、給湯運転を停止し、減圧手段3を開き、高温高圧の冷媒を蒸発器4に流し、その熱により除霜する。除霜運転終了後、給湯運転を再開するが、給湯用熱交換器2の出口温度が給湯設定温度(例えば80℃)より一定値低い温度(例えば70℃)より低い場合、貯湯槽5の低部に戻るように三方弁7は制御され、給湯用熱交換器2の出口温度が給湯設定温度(例えば80℃)より一定値低い温度(例えば70℃)より高くなると三方弁7を切り替え、貯湯槽5の上部に流入し貯湯されていく。
しかしながら、上記のような従来の構成では、循環ポンプを停止したり、または循環ポンプを低流量で運転する場合、三方弁7を貯湯槽5の上部に流入するようにしておくと、貯湯槽5給湯用熱交換器と貯湯槽の高さの違いや水温の違いによる水の比重の違いにより、貯湯槽5上部から高温の湯が給湯熱交換器を通り貯湯槽の底部に逆流する場合があり、貯湯槽の高温の湯量が低下すると共に、貯湯槽下部の低温(例えば10℃)の水と混合し、貯湯槽5底部の水温は上昇する。その結果、給湯運転時に給湯熱交換器2に流入する水温が上昇するため、給湯熱交換器2の放熱量が低下し、給湯機のエネルギー効率が低下するという課題がある。
However, in the conventional configuration as described above, when the circulation pump is stopped or the circulation pump is operated at a low flow rate, if the three-way valve 7 flows into the upper part of the
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、循環ポンプを停止したり、または循環ポンプを低流量で運転する場合、三方弁を貯湯槽下部に連通させるように制御し、貯湯槽
上部の高温の湯の逆流を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を可能とすることである。
The present invention solves the above-described conventional problems. When the circulation pump is stopped or the circulation pump is operated at a low flow rate, the three-way valve is controlled to communicate with the lower part of the hot water tank, and the upper part of the hot water tank is This is to prevent back flow of hot water and enable hot water supply operation with high energy efficiency.
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽の下部から循環ポンプを介して、前記給湯用熱交換器、三方弁を通過し、前記貯湯槽の上部へと水を循環させる給湯回路と、前記三方弁と前記貯湯槽の下部と接続するバイパス回路とを備え、前記循環ポンプの停止時または前記循環ポンプによる低流量運転時、前記給湯用熱交換器と前記貯湯槽の下部とが連通するように、前記三方弁を制御することを特徴するもので、貯湯槽上部の高温の湯の逆流と、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 In order to solve the conventional problems, a heat pump hot water supply apparatus of the present invention includes a refrigerant circuit in which a compressor, a heat exchanger for hot water supply, a decompression unit, and an evaporator are sequentially connected, and a circulation pump from the lower part of the hot water tank. A hot water supply circuit that passes through the three-way valve and circulates water to the upper part of the hot water tank, and a bypass circuit that connects the three-way valve and the lower part of the hot water tank. The three-way valve is controlled so that the hot water supply heat exchanger and the lower part of the hot water tank communicate with each other at the time of stopping at a low flow rate or by the circulation pump. It is possible to prevent the reverse flow of hot water and the water temperature rise at the bottom of the hot water tank, and to perform an energy efficient hot water supply operation.
本発明のヒートポンプ給湯装置は、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 The heat pump hot water supply apparatus of the present invention can prevent an increase in the water temperature in the lower part of the hot water tank, and can perform hot water supply operation with high energy efficiency.
第1の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽の下部から循環ポンプを介して、前記給湯用熱交換器、三方弁を通過し、前記貯湯槽の上部へと水を循環させる給湯回路と、前記三方弁と前記貯湯槽の下部と接続するバイパス回路とを備え、前記循環ポンプの停止時または前記循環ポンプによる低流量運転時、前記給湯用熱交換器と前記貯湯槽の下部とが連通するように、前記三方弁を制御することを特徴するもので、貯湯槽上部の高温の湯の逆流と、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 1st invention passes the said heat exchanger for hot water supply and a three-way valve via the circulation pump from the lower part of a hot water tank through the refrigerant circuit which connected the compressor, the heat exchanger for hot water supply, the pressure reduction means, and the evaporator one by one A hot water supply circuit that circulates water to the upper part of the hot water tank, and a bypass circuit that connects the three-way valve and the lower part of the hot water tank, when the circulating pump is stopped or when the circulating pump is operated at a low flow rate The three-way valve is controlled so that the heat exchanger for hot water supply and the lower part of the hot water tank communicate with each other, the backflow of hot water at the upper part of the hot water tank and the rise in the water temperature at the lower part of the hot water tank This makes it possible to perform hot water supply operation with high energy efficiency.
第2の発明は、給湯用熱交換器を流出する給湯水の温度を検知する出湯温度センサーを有し、前記出湯温度センサーの検知温度が目標値より低い場合には、前記給湯用熱交換器と前記貯湯槽の下部とが連通するように、三方弁を制御することを特徴とするもので、貯湯槽上部の高温の湯の逆流と、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 2nd invention has the tapping temperature sensor which detects the temperature of the hot water flowing out of the heat exchanger for hot water supply, and when the temperature detected by the tapping temperature sensor is lower than the target value, the heat exchanger for hot water supply The three-way valve is controlled so that the hot water tank and the lower part of the hot water tank communicate with each other, preventing the backflow of hot water at the upper part of the hot water tank and the rising of the water temperature at the lower part of the hot water tank. High hot water supply operation can be performed.
第3の発明は、給湯用熱交換器を流出する給湯水の温度を検知する出湯温度センサーを有し、前記出湯温度センサーの検知温度が目標値以上の場合には、前記給湯用熱交換器と前記貯湯槽の上部とが連通するように、三方弁を制御することを特徴とするもので、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、よりエネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 3rd invention has a tapping temperature sensor which detects the temperature of the hot water flowing out of the heat exchanger for hot water supply, and when the temperature detected by the tapping temperature sensor is equal to or higher than a target value, the heat exchanger for hot water supply The three-way valve is controlled so that the hot water storage tank communicates with the upper part of the hot water storage tank, so that an increase in the water temperature at the lower part of the hot water storage tank can be prevented and hot water supply operation with higher energy efficiency can be performed.
第4の発明は、給湯運転終了時は、給湯用熱交換器と貯湯槽の下部とが連通するように、三方弁を制御することを特徴とするもので、貯湯槽上部の高温の湯の逆流と、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 The fourth invention is characterized by controlling the three-way valve so that the hot water heat exchanger and the lower part of the hot water storage tank communicate with each other at the end of the hot water supply operation. It is possible to prevent the reverse flow and the water temperature rise at the bottom of the hot water tank, and to perform a hot water supply operation with high energy efficiency.
第5の発明は、除霜運転中は、給湯用熱交換器と貯湯槽の下部とが連通するように、三方弁を制御することを特徴するもので、三方弁と貯湯槽下部を接続するバイパス回路に連通させることにより、貯湯槽上部の高温の湯の逆流と、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 The fifth invention is characterized by controlling the three-way valve so that the hot water heat exchanger and the lower part of the hot water tank communicate with each other during the defrosting operation, and connects the three-way valve and the lower part of the hot water tank. By communicating with the bypass circuit, it is possible to prevent a back flow of hot water at the upper part of the hot water tank and an increase in the water temperature at the lower part of the hot water tank, and to perform a hot water supply operation with high energy efficiency.
第6の発明は、除霜運転終了後は、給湯用熱交換器と貯湯槽の上部とが連通するように、三方弁を制御することを特徴とするもので、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 The sixth invention is characterized in that after the defrosting operation is finished, the three-way valve is controlled so that the heat exchanger for hot water supply and the upper part of the hot water tank communicate with each other. This can prevent hot water operation with high energy efficiency.
第7の発明は、冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とするもので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。 The seventh invention is characterized in that carbon dioxide gas is used as a refrigerant, which realizes high temperature of hot water supply with high efficiency and also has an effect on global warming even when the refrigerant leaks to the outside. Are very few.
以下、本発明の実施の形態について、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(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ヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a heat pump water heater in the first embodiment of the present invention.
図1において、圧縮機31、給湯用熱交換器32、減圧手段33、蒸発器34を順に環状に接続し、冷媒として炭酸ガスを封入して冷媒循環回路を形成し、蒸発器34は、外気を送風するためのファン35を備えている。また、貯湯槽41、貯湯槽下部の取水口42、循環ポンプ43、給湯用熱交換器32、三方弁44、貯湯槽上部の温水戻り口45を順次接続した給湯回路46と、三方弁44と貯湯槽41底部を接続するバイパス回路47を構成しており、圧縮機31より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器32に流入し、ここで循環ポンプ43から送られてきた水を加熱するようになっている。
In FIG. 1, a
また、給湯用熱交換器32に流入する入水温度を検知する入水温度センサー51と給湯用熱交換器32から流出する出湯温度を検知する出湯温度センサー52と室外気温を検知する室外気温センサー53、圧縮機31の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサー54、蒸発器34の出口冷媒温度を検出する蒸発器出口温度センサー55を設け、圧縮機31の運転周波数や減圧手段33の開度、ファン35の回転数、循環ポンプ43の回転数を制御する制御装置56を設置している。冷媒は二酸化炭素を用いている。
Also, an incoming
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat pump hot-water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
通常の運転時では、ヒートポンプ給湯装置の運転を開始すると、循環ポンプ43、ファン35が運転され、入水温度センサー51により貯湯槽41から給湯用熱交換器32に流入する入水温度が計測され、室外気温センサー53により室外気温が計測され、吐出温度センサー54により圧縮機31の吐出冷媒温度が計測され、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度と出湯目標温度により、圧縮機31の運転周波数、減圧手段33の初期開度P1はあらかじめ設定されたテーブルから選択し、決定され、圧縮機31の運転が開始される。
In normal operation, when the operation of the heat pump hot water supply device is started, the circulation pump 43 and the
圧縮機31より吐出された冷媒は、圧縮機31運転開始時は低温低圧の冷媒であるが、圧縮機31の回転数の増加に伴い、次第に高温高圧の過熱ガス冷媒となる。そして、高温高圧となった冷媒は給湯用熱交換器32に流入し、ここで循環ポンプ43から送られてきた水と熱交換し加熱する。
The refrigerant discharged from the
そして、冷媒は中温高圧となり、減圧手段33で減圧された後、蒸発器34に流入し、ここでファン35で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機31にもどる。一方、循環ポンプ43で送られた給湯水は給湯用熱交換器32で加熱され、湯温度が給湯設定温度(例えば80℃)より第一の所定値(例えば10deg)ほど低い温度(70℃)より低い(例えば65℃)場合、三方弁44は給湯用熱交換器32と貯湯槽41底部を連通させるように制御し、温水は貯湯槽41の底部に戻される。
Then, the refrigerant becomes a medium temperature and high pressure, and after being depressurized by the depressurizing
さらに、湯温度が給湯設定温度(例えば80℃)より第一の所定値(例えば10deg)ほど低い温度(70℃)より高くなると、三方弁44は給湯用熱交換器32と貯湯槽上
部の温水戻り口45を連通させるように制御され、湯は貯湯槽41の上部に流入し、上から次第に貯湯されて行き、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽41内に湯が貯まって行く。沸き上げ運転完了近くになると、貯湯槽41底部より循環ポンプ43を経て流入する水温は高くなり、入水温度が設定値以上になると、貯湯槽41に湯が貯まったと判断し、圧縮機31、循環ポンプ43、ファン35の運転を停止し、沸上を完了する。この時、三方弁44は給湯用熱交換器32と貯湯槽41底部を連通させるように制御する。
Further, when the hot water temperature becomes higher than the temperature (70 ° C.) lower than the hot water set temperature (for example, 80 ° C.) by a first predetermined value (for example, 10 deg), the three-
次に、室外気温が低く蒸発器34に霜が生成し、その霜を溶かす除霜運転を行う場合、循環ポンプ43、ファン35を停止し、給湯運転を停止し、減圧手段33を開き、給湯用熱交換器32での吐出冷媒の放熱をできるだけ防ぎ、高温高圧の冷媒を蒸発器34に流し、蒸発器34の温度を上昇させ除霜する。
Next, when the outdoor temperature is low and frost is generated in the
この時、三方弁44は給湯用熱交換器32と貯湯槽41底部を連通させるように制御し、運転される。除霜運転中は蒸発器34に高温の冷媒を流入させて除霜を行うため、冷媒は吸熱して蒸発することができず、液冷媒の状態で圧縮機31に吸入され、圧縮機31から吸熱して蒸発するため、圧縮機31の吐出温度は次第に低下する。
At this time, the three-
その結果、給湯用熱交換器32には圧縮機31の吐出冷媒が流れるため、給湯熱交換器32の温度は吐出冷媒温度と同じ温度となる。蒸発器34の霜が溶け、蒸発器34出口配管の冷媒温度が上昇し、蒸発器出口温度センサーの出力値が設定値(例えば5℃)以上となると、除霜運転は終了し、循環ポンプ43、ファン35が運転され、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度と出湯目標温度により、圧縮機31の運転周波数および、減圧手段33の初期開度P1はあらかじめ設定されたテーブルから選択され、決定され、給湯運転が再開される。
As a result, since the refrigerant discharged from the
この時、三方弁44は給湯用熱交換器32と貯湯槽上部の温水戻り口45を連通させるように制御され、湯は貯湯槽41の上部に流入する。この時の湯温は、給湯設定温度(例えば80℃)より低いが、圧縮機31や給湯用熱交換器32の温度はすぐに上昇し、湯温も上昇する。
At this time, the three-
その結果、除霜運転時に三方弁44を貯湯槽41底部と連通するように切り替えるため、貯湯槽の高温の湯が逆流し、高温の湯が貯湯槽41底部に流入することを防止し、また、給湯運転再開後もすぐに三方弁44を切り替え、貯湯槽上部の温水戻り口45に連通させるため、貯湯槽41底部の水温上昇を防止することができるため、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。
As a result, since the three-
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、エネルギー効率の高い給湯運転が可能となるため、高温の湯を利用した空調機等の用途にも適用できる。 As described above, the heat pump hot water supply apparatus according to the present invention can perform hot water supply operation with high energy efficiency, and thus can be applied to uses such as an air conditioner using high-temperature hot water.
31 圧縮機
32 給湯用熱交換器
33 減圧手段
34 蒸発器
35 ファン
41 貯湯槽
42 貯湯槽下部の取水口
43 循環ポンプ
44 三方弁
45 貯湯槽上部の温水戻り口
46 給湯回路
47 バイパス回路
51 入水温度センサー
52 出湯温度センサー
53 室外気温センサー
54 吐出温度センサー
55 蒸発器出口温度センサー
56 制御装置
31
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