JP2009243793A - ヒートポンプ式給湯用室外機 - Google Patents

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Abstract

【課題】適切なインジェクション制御を実現し、高給湯暖房能力運転を可能とする。
【解決手段】圧縮機３、水熱交換器２、第１の膨張弁６、中圧レシーバ５、第２の膨張弁７、空気熱交換器１を環状に接続したヒートポンプ式給湯用室外機で、中圧レシーバと第２の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスし、圧縮機内の圧縮室にインジェクションし、第３の膨張弁８と、該第３の膨張弁で減圧された冷媒と中圧レシーバと第２の減圧装置の間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器９とを有するインジェクション回路と、凝縮圧力を検出する圧力検出センサ１２と、該圧力センサが検出した凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度が第１の所定値以上で第３の膨張弁によるインジェクション制御を開始し、前記凝縮圧力又は凝縮温度が第１の所定値より小さい第２の所定値以下でインジェクション制御を停止する制御装置１４とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、水熱交換器とインジェクション回路を備えたヒートポンプ式給湯用室外機に関するものである。
従来の空気調和装置はインジェクション回路を備えており、暖房運転時には室内熱交換器側の冷媒循環量を増加することができるので、低外気時などの空調負荷が大きいときも暖房能力を確保することができることは記載されているが、水熱交換器を備えたヒートポンプ給湯用室外機に適用した場合の効果や制御方法に関しては記載されていない（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２５８３４３号公報（第１頁、第１図）
従来のインジェクション回路を備えた空気調和装置においては、インジェクション制御の実施を暖房時の外気温度で判定していた。
そのインジェクション制御の実施は、圧縮機から吐出される冷媒の圧力（高圧）と吸入される圧力（低圧）の比率（圧縮比）が高い場合に、高暖房能力を得るという効果を発揮するものである。
それ故、空気調和装置の暖房運転時は、外気温度が低下すると蒸発温度が低下し吸入圧力も低下するため圧縮比が高くなる。従って、外気温度が低下した時にインジェクション制御を実施していた。
これは、空気調和装置として使用する際の高圧に対応する凝縮温度が３５℃から５０℃程度の範囲でしか変化しないため、低圧を決定する外気温度で圧縮比が高い状態を想定できたためである。
しかし、ヒートポンプ式給湯用室外機では高圧に対応する凝縮温度が２０℃から６５℃以上の広範囲で変化するため、外気温度のみでインジェクション制御の実施判定を行った場合、圧縮比が高い条件であるにもかかわらずインジェクション制御を実施せず、能力不足となったり、或いは、圧縮比が低い条件でインジェクション制御を実施して能力過大となることが発生していた。
また、圧縮比の低い条件でのインジェクション制御の実施は、圧縮機の吐出温度の低下を引き起こし、圧縮機の信頼性を低下させる要因になる。
従って、ヒートポンプ式給湯用室外機では、外気温度だけでは最適なインジェクション制御が実現できないという問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、適切なインジェクション制御を実現し、外気温度や給湯温度が変化しても、信頼性が確保できるため機器の長期使用が可能となり、更に、高給湯暖房能力運転が可能、或いは高効率な給湯暖房運転が可能となり、エネルギー消費量の削減が実現できるヒートポンプ式給湯用室外機を得ることを目的とする。
本発明に係るヒートポンプ式給湯用室外機は、圧縮機、水と冷媒の熱交換を行う水熱交換器、第１の減圧装置、中圧レシーバ、第２の減圧装置、空気と冷媒の熱交換を行う空気熱交換器を配管で環状に接続し、前記空気熱交換器により外気から熱の供給を受け、前記水熱交換器により水への熱を供給するヒートポンプ式給湯用室外機において、前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスし、前記圧縮機内の圧縮室にインジェクションし、回路中に第３の減圧装置と、該第３の減圧装置で減圧された冷媒と前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器とを有するインジェクション回路と、前記圧縮機吐出口の近傍に設けられた冷媒の凝縮圧力を検出する圧力検出センサと、該圧力検出センサにより検出される凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度が第１の所定値以上となったときに第３の減圧装置によるインジェクション制御を開始し、該圧力センサにより検出される凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度が前記第１の所定値より小さい第２の所定値以下となったときに前記インジェクション制御を停止するように制御する制御装置とを備えて構成されている。
本発明に係るヒートポンプ式給湯用室外機は、圧縮機、水と冷媒の熱交換を行う水熱交換器、第１の減圧装置、中圧レシーバ、第２の減圧装置、空気と冷媒の熱交換を行う空気熱交換器を配管で環状に接続し、前記空気熱交換器により外気から熱の供給を受け、前記水熱交換器により水への熱を供給するヒートポンプ式給湯用室外機において、前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスし、前記圧縮機内の圧縮室にインジェクションし、回路中に第３の減圧装置と、該第３の減圧装置で減圧された冷媒と前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器とを有するインジェクション回路と、前記圧縮機吐出口の近傍に設けられた冷媒の凝縮圧力を検出する圧力検出センサと、制御装置とを備え、該制御装置は、前記圧縮機吐出口の近傍に設けられた圧力センサにより検出される冷媒の凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度が第１の所定値以上となったときに第３の減圧装置によるインジェクション制御を開始し、該圧力センサにより検出される凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度が前記第１の所定値より小さい第２の所定値以下となったときに前記インジェクション制御を停止するように制御するので、インジェクション制御の実施を凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度に基づいて適正に判定して行うことにより、適切なインジェクション制御が可能となり、外気温度や給湯温度が変化しても、信頼性が確保できるため機器の長期使用が可能となり、更に、高給湯暖房能力運転が可能、或いは高効率な給湯暖房運転が可能となり、エネルギー消費量の削減が実現できる効果を有する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１のヒートポンプ式給湯用室外機の冷媒回路図、図２は同ヒートポンプ式給湯用室外機のインジェクションを実施しない給湯暖房運転時の運転状況を表したＰＨ線図、図３は同ヒートポンプ式給湯用室外機のインジェクションを実施した給湯暖房運転時の運転状況を表したＰＨ線図、図４は同ヒートポンプ式給湯用室外機のインジェクション制御を凝縮圧力に応じて実施するか実施しないかを示す遷移図、図５は同ヒートポンプ式給湯用室外機のインジェクション制御の動作を示すフローチャートである。
図１において、圧縮機３、給湯暖房運転とデフロスト運転を切替える四方弁４、水と冷媒の熱交換を行う水熱交換器２、冷媒の流量を調整し減圧する第１膨張弁６、中圧レシーバ５、第１の内部熱交換器９、冷媒の流量を調整し減圧する第２膨張弁７、空気と冷媒の熱交換を行う空気熱交換器１が配管で環状に接続されている。
インジェクション回路１３は一端を中圧レシーバ５と第１の内部熱交換器９の間に、他端を圧縮機３のインジェクションポートに接続されている。インジェクション回路１３は、冷媒の流量を調整し減圧する第３膨張弁８、第１内部熱交換器９を配管で接続して構成されている。
また、水熱交換器２には水配管１５が接続されており、水は水配管１５内と水熱交換器２内部を流れる。
中圧レシーバ５は一端を冷媒の流量を調整し減圧する第１膨張弁６、他端を第１の内部熱交換器９に接続されており、中圧レシーバ５の内部には圧縮機３の吸入配管が貫通しており、この吸入配管の貫通部の冷媒と中圧レシーバ５内の冷媒が熱交換可能な構成としている。
この中圧レシーバ５は回路中の余剰冷媒を保持する機能と同時に第２内部熱交換器９としての機能を備える。
中圧レシーバ５の内部に吸入配管を貫通させなくても回路は構成可能である。この場合は、中圧レシーバ５は第２内部熱交換器としての機能を有さないこととなる。
圧縮機３はインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプであり、圧縮機３内の圧縮室内にインジェクション回路１３から冷媒を供給することが可能な構造となっている。
第１膨張弁６、第２膨張弁７、第３膨張弁８は開度が可変に制御される電子膨張弁である。空気熱交換器１はファン１９などで送風され、外気と熱交換する。このヒートポンプ式給湯用室外機の冷媒としてはＨＦＣ系の混合冷媒であるＲ４１０Ａ或いはＲ４０７Ｃが用いられる。
この実施の形態１のヒートポンプ式給湯用室外機内には制御装置１４が設置されている。冷媒回路には液冷媒温度センサ１６が第２膨張弁７と空気熱交換器１の間に設けられ、設置場所の冷媒温度を計測する。
また、外気温度センサ１１は室外機周囲の外気温度を計測する。各温度センサで計測した温度は制御装置１４に送られる。
圧縮機３の吐出側と給湯暖房運転とデフロスト運転を切替える四方弁４を接続する配管には、吐出冷媒の圧力を検出する圧力センサ１２が設置されている。
ここで、圧力センサ１２と水熱交換器２もしくは空気熱交換器１までの配管は短いため、圧力損失が小さく、圧力センサ１２で検出される圧力は水熱交換器２もしくは空気熱交換器１内の冷媒の凝縮圧力と等しくなる。この凝縮圧力から冷媒の凝縮温度を演算することができる。
制御装置１４は外気温度センサ１１、液冷媒温度センサ１６及び圧力センサ１２の計測情報や、ヒートポンプ式給湯用室外機の使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機３の運転方法、四方弁４の流路切換、空気熱交換器１のファン送風量、第１膨張弁６、第２膨張弁７、第３膨張弁８の開度などを制御する。
次に、この実施の形態１のヒートポンプ式給湯用室外機の運転動作について説明する。
まず、インジェクション制御のない給湯暖房運転時の動作について図１に示す冷媒回路図及び図２に示す給湯暖房運転時のＰＨ線図に基づいて説明する。
給湯暖房運転時には、四方弁４の流路は図１に示す実線方向に設定される。
圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒（図２点ａ）は、四方弁４を経て水熱交換器２に流入する。そして、凝縮器となる水熱交換器２で放熱しながら凝縮液化し高圧低温の液冷媒となる（図２点ｂ）。冷媒から放熱された熱を水配管１５内を流れる負荷側の水に与えることで水を温める。
水熱交換器２を出た高圧低温の冷媒は、第１膨張弁６で減圧された後（図２点ｃ）で気液二相冷媒となり、中圧レシーバ５に流入する。中圧レシーバ５内で第２内部熱交換器１０としての機能により、圧縮機３に吸入される低温の冷媒に熱を与え冷却され（図２点ｄ）、液冷媒となって流出する。
中圧レシーバ５から出た冷媒は、インジェクション回路１３内の第３膨張弁８が閉塞しているため、インジェクション回路１３でバイパスすることなくすべて第１内部熱交換器９に流入する。
インジェクション回路１３には冷媒が流れないので、第１内部熱交換器９で熱交換することなく冷媒は第２膨張弁７へと流れる。冷媒は第２膨張弁７で低圧まで減圧され二相冷媒となり（図２点ｆ）、その後、蒸発器となる空気熱交換器１に流入し、そこで吸熱し蒸発、ガス化される（図２点ｇ）。
その後、四方弁４を経て中圧レシーバ５で第２内部熱交換器１０としての機能により高圧の冷媒と熱交換し、さらに加熱され（図２点ｈ）、圧縮機３に吸入される。圧縮機３に吸入された冷媒は圧縮機３で圧縮され、高温高圧のガス冷媒（図２点ａ）となり圧縮機３から吐出され、同様のサイクルを繰り返す。
以上のインジェクション制御のない給湯暖房運転では、高圧と低圧の比（圧縮比）が低い状態でも運転が可能であるため、圧縮機３の負荷が低下した場合に高効率な運転が可能となる。
また、圧縮機３から吐出される冷媒の温度を高く保持することが可能であるため、圧縮機３の信頼性を維持することができる。
ただし、圧縮比の高い運転を実施する際には、図２点ａに示される圧縮機３から吐出される冷媒の温度が上昇し過ぎてしまい、圧縮機３の運転回転数をそれ以上上昇することができなくなり、高給湯暖房能力が得られないという特徴がある。
次に、インジェクション制御のある給湯暖房運転時の動作について図１に示す冷媒回路図及び図３に示す給湯暖房運転時のＰＨ線図をもとに説明する。
給湯暖房運転時には、四方弁４の流路は図１に示す実線方向に設定される。
圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒（図３点ａ）は、四方弁４を経て水熱交換器２に流入する。そして、凝縮器となる水熱交換器２で放熱しながら凝縮液化し高圧低温の液冷媒となる（図３点ｂ）。冷媒から放熱された熱を水配管１５内を流れる負荷側の水に与えることで水を温める。
水熱交換器２を出た高圧低温の冷媒は、第１膨張弁６で減圧された後（図３点ｃ）で気液二相冷媒となり、中圧レシーバ５に流入する。中圧レシーバ５内で第２内部熱交換器１０としての機能により、圧縮機３に吸入される低温の冷媒に熱を与え冷却され（図３点ｄ）、液冷媒となって流出する。
中圧レシーバ５から出た冷媒は、インジェクション回路１３内の第３膨張弁８が開放しているため、インジェクション回路１３に一部冷媒をバイパスした後で、第１内部熱交換器９で、インジェクション回路１３にバイパスされ、第３膨張弁８で減圧され低温となった冷媒と熱交換し、さらに冷却される（図３点ｅ）。その後冷媒は第２膨張弁７で低圧まで減圧され二相冷媒となり（図３点ｆ）、その後、蒸発器となる空気熱交換器１に流入し、そこで吸熱し蒸発、ガス化される（図３点ｇ）。
その後、四方弁４を経て中圧レシーバ５で第２内部熱交換器１０としての機能により高圧の冷媒と熱交換し、さらに加熱され（図３点ｈ）、圧縮機３に吸入される。
一方、インジェクション回路１３にバイパスされた冷媒は、第３膨張弁８で、中間圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり（図３点ｉ）、その後第１内部熱交換器９で高圧冷媒と熱交換し加熱され（図３点ｊ）、圧縮機３にインジェクションされる。
圧縮機３内部では、吸入された冷媒（図３点ｈ）が中間圧まで圧縮、加熱された（図３点ｌ）後に、インジェクションされる冷媒と合流し、温度低下した後（図３点ｋ）、高圧まで圧縮され高温高圧のガス冷媒（図３点ａ）となり、圧縮機３から吐出され、同様のサイクルを繰り返す。
以上のインジェクション制御のある給湯暖房運転では、高圧と低圧の比（圧縮比）が高い運転でも圧縮機３から吐出される冷媒の温度を下げることが可能となるため、圧縮機３の運転回転数を上昇させることができ、高給湯暖房能力を得ることができる。
ただし、圧縮比の低い運転を実施する際には、圧縮機３からの吐出される冷媒の温度が低下してしまい、圧縮機３の寿命を低下させる原因になることがある。
このようにインジェクション制御を実施する場合と実施しない場合の２種類の特徴のある運転が可能となるため、インジェクション制御の実施を適正に判定して行うことにより、信頼性が確保できるため機器の長期使用が可能となり、更に、高給湯暖房能力運転が可能、或いは高効率な給湯暖房運転が可能となり、エネルギー消費量の削減が実現できる。
従来の空気調和機では外気温度センサで検出する外気温度に応じてインジェクション制御の実施を判定していた。
例えば、外気温度が３℃以下となった場合、第３膨張弁を開けることによりインジェクション制御を実施して高暖房能力を発揮していた。これは空気調和装置を暖房運転で使用する際の高圧に対応する凝縮温度が、３５℃から５０℃程度の範囲でしか変化しないため、低圧を決定する外気温度で圧縮比が高い状態を想定できたためである。
これに対し、同様の制御を凝縮温度が２０℃から６５℃以上の広範囲で変化する冷媒としてＲ４１０Ａを使用するヒートポンプ式給湯室外機で実施した場合、例えば外気温度が１０℃で凝縮温度が６０℃の運転の場合は、凝縮圧力（高圧）が約３．８ＭＰａ、蒸発圧力（低圧）が約１．０ＭＰａ（蒸発温度は約７℃）となり、圧縮比が３．８の高圧縮比運転となるため、インジェクション制御を実施しない運転を行った場合は、吐出温度が上昇してしまい圧縮機３の運転回転数を上げることがそれ以上できなくなり、高給湯暖房能力が得られない。
そこで、本発明の実施の形態１のヒートポンプ式給湯室外機では、「圧力センサ１２により検出される凝縮圧力」が所定値、例えば３．４ＭＰａ（凝縮温度では約５５℃に対応する）以上となった場合に、インジェクション制御を実施することが可能となるため、１０℃という外気温度が３℃より高い条件においても高給湯暖房能力が得られる。
また、「圧力センサ１２により検出される凝縮圧力から演算した凝縮温度」が所定値、例えば５５℃以上となった場合にインジェクション制御を実施するようにしても同じ効果が得られる。
以上の説明は、圧力センサ１２により検出される凝縮圧力だけに着目し、その凝縮圧力が３．４ＭＰａ以上の場合にインジェクション制御を実施するようにしたものであるが、本来は圧縮比に基づいてインジェクション制御を実施するか否かの観点からは凝縮圧力だけでなく蒸発圧力も考慮する必要がある。
そこで、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度から演算した蒸発圧力」の比率が所定値以上となった場合にインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
上記例の場合で考えると、余裕を見て例えば比率が３．２以上でインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
また、凝縮圧力から凝縮温度を演算により求めることができることから、蒸発温度を検出することにより、凝縮温度と蒸発温度との比率からもインジェクション制御の実施を判断することができる。
そこで、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力から演算した凝縮温度」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度」の比率が所定値以上となった場合にインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
但し、温度の比率を使用する場合は、マイナス温度となることがあるため、例えば凝縮温度＋５０℃と蒸発温度＋５０℃の比率により判定を実施するようにする必要がある。上記例の場合で考えると、（６０＋５０）／（７＋５０）＝１．９３となる。 従って、例えば比率が１．８以上でインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
さらに、上記のように凝縮圧力と蒸発圧力との比率からインジェクション制御の実施を判断することができるので、両者の間に凝縮温度の変化に伴い一定の相関関係があるなら、凝縮圧力と蒸発圧力との差分からもインジェクション制御の実施を判断することができる。
そこで、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力」と「液冷媒温度センサ１６で検出した蒸発温度から演算した蒸発圧力」の差分が所定値以上となった場合にインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
上記例の場合で考えると、３．８−１．０＝２．８となる。
従って、例えば差分が２．０以上でインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
上記のように、凝縮圧力と蒸発圧力との差分からもインジェクション制御の実施を判断することができるなら、凝縮温度と蒸発温度との差分からもインジェクション制御の実施を判断することができることになる。
そこで、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力から演算した凝縮温度」と「液冷媒温度センサ１６で検出した蒸発温度」の差分が所定値以上となった場合にインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
上記例の場合で考えると、６０−７＝５３となる。
従って、例えば差分が４５以上でインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。
以上の説明は、圧縮比が所定値以上の場合にインジェクション制御を実施することが適切な場合であるが、今度は圧縮比が所定値以下の場合にはインジェクション制御を実施しないことが適切な場合があることを説明する。
例えば、外気温度が０℃で凝縮温度が２０℃の運転の場合は、凝縮圧力（高圧）が約１．４ＭＰａ、蒸発圧力（低圧）が約０．７ＭＰａ（蒸発温度は約−３℃）となり、圧縮比が２．０の低圧縮比運転となるため、インジェクション制御を実施すると、給湯暖房能力が過大となり過ぎたり、インジェクションにより圧縮機３から吐出される冷媒の温度が低下してしまい、圧縮機３の寿命を低下させる原因になることがある。
そこで、本発明の実施の形態１のヒートポンプ式給湯室外機では、「圧力センサ１２により検出される凝縮圧力」が所定値、例えば１．７ＭＰａ（凝縮温度では約２６℃に対応する）以下となった場合にインジェクション制御を実施しないようにすることが可能であるため、０℃という外気温度が３℃より低い条件においても給湯能力が過大になったり、吐出される冷媒の温度の低下による圧縮機３の寿命低下を防ぐことができる。
また、「圧力センサ１２により検出される凝縮圧力から演算した凝縮温度」が所定値、例えば２６℃以下となった場合にインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。
同様に、この実施の形態１では、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度から演算した蒸発圧力」の比率が所定値以下となった場合にインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。
上記例の場合で考えると、例えば比率が２．２以下でインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。
同様に、この実施の形態１では、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力から演算した凝縮温度」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度」の比率が所定値以下となった場合にインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。
但し、温度の比率を使用する場合は、マイナス温度となることがあるため、例えば凝縮温度＋５０℃と蒸発温度＋５０℃の比率により判定を実施するようにする必要がある。上記例の場合で考えると、（２０＋５０）／（−３＋５０）＝１．４９となる。
従って、例えば比率が１．５５以下でインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。
同様に、この実施の形態１では、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度から演算した蒸発圧力」の差分が所定値以下となった場合にインジェクション制御を実施するように制御しても同じ効果が得られる。上記例の場合で考えると、１．４−０．７＝０．７となる。
従って、例えば差分が１．０以下でインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。
同様に、この実施の形態１では、「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力から演算した凝縮温度」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度」の差分が所定値以下となった場合にインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。上記例の場合で考えると、２０−（−３）＝２３となる。
従って、例えば差分が３０以下でインジェクション制御を実施しないように制御しても同じ効果が得られる。
以上の説明から、インジェクション制御についてまとめると以下のようになる。
例えば、「圧力センサ１２により検出される凝縮圧力」が３．４ＭＰａ（凝縮温度では約５５℃に対応する）以上となった場合にインジェクション制御を実施することとし、「圧力センサ１２により検出される凝縮圧力」が１．７ＭＰａ（凝縮温度では約２６℃に対応する）以下となった場合にインジェクション制御を実施しないこととした場合を考える。
そして、１．７ＭＰａ以上で３．４ＭＰａ以下の場合は前の状態を保持することとする。この場合の遷移状態は図５のようになる。
なお、ヒートポンプ式給湯用室外機の起動時は凝縮圧力が上昇していないためインジェクション制御を実施しないこととなる。
次に、インジェクション制御について図５のフローチャートに基づいて説明する。
この実施の形態１のヒートポンプ式給湯用室外機の起動時はインジェクション制御を実施しないモードに移行する（ステップＳ１）。
次に、停止の指令が来るかどうかを判断し（ステップＳ２）、停止の指令が来れば停止し、来なければ圧力の判定に移行する。
圧力の判定では、３．４ＭＰａ以上かどうかみて（ステップＳ３）、３．４ＭＰａ以上であればインジェクション制御を実施するモードに移行し（ステップＳ４）、３．４ＭＰａ未満であればステップＳ１に戻り、インジェクション制御を実施しないモードを継続する。
こうしてインジェクション制御を実施するモード中に、停止の指令が来るかどうかを判断し（ステップＳ５）、停止の指令が来れば停止し、来なければ圧力の判定に移行する。
圧力の判定では、１．７ＭＰａ以下かどうかをみて（ステップＳ６）、１．７ＭＰａ以下となった場合はステップＳ１に戻り、インジェクション制御を実施しないモードに移行する。また、１．７ＭＰａを超える場合はインジェクション制御を実施するモードを継続する。
以上を繰り返してインジェクション制御を最適に行うことが可能となる。
このように、インジェクション制御の実施を適切に判断することにより、外気温度や給湯温度が変化しても、信頼性が確保できるため機器の長期使用が可能となり、更に、高給湯暖房能力運転が可能、あるいは高効率な給湯暖房運転が可能となり、エネルギー消費量の削減が実現することができる。
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２のヒートポンプ式給湯用室外機の冷媒回路図である。
この実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態２では、実施の形態１のインジェクション回路１３における第３膨張弁８の代わりに、インジェクション回路１３に冷媒の流量を調整し減圧するキャピラリ１７と冷媒の流れを閉止する電磁弁１８を備えるようにしたものである。
また、この実施の形態２は、実施の形態１と同様に、圧力センサ１２と、蒸発器液冷媒温度を検出する液冷媒温度センサ１６を備える構成としているため、実施の形態１と同様に、「圧力センサ１２で検出する凝縮圧力」または「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力から演算した凝縮温度」、もしくは「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度から演算した蒸発圧力」の比率または「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力から演算した凝縮温度」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度」の比率、もしくは「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度から演算した蒸発圧力」の差分または「圧力センサ１２で検出した凝縮圧力から演算した凝縮温度」と「冷媒液温度センサ１６で検出した蒸発温度」の差分により、インジェクションの実施を判断して電磁弁１８を開閉する。
そのため、適切な制御が可能となり、外気温度や給湯温度が変化しても信頼性が確保できるため機器の長期使用が可能となり、更に、高給湯暖房能力運転が可能、あるいは高効率な給湯暖房運転が可能となり、エネルギー消費量の削減が実現できる。
この実施の形態２のキャピラリ１７と電磁弁１８では、実施の形態１の第３の膨張弁８に比べてインジェクション制御範囲は限られたものとなるが、より安価に実現することができる。
なお、上記実施の形態１、２において、給湯暖房運転について説明したが、デフロスト運転の場合は、四方弁４を操作して、圧縮機３より吐出された冷媒を四方弁４を通り、空気熱交換器１、第２の膨張弁７、中圧レシーバ５、第１の膨張弁６及び水熱交換器２の順に循環させ、空気熱交換器１の除霜を行う。
本発明の実施の形態１のヒートポンプ式給湯用室外機の冷媒回路図。 同ヒートポンプ式給湯用室外機のインジェクションを実施しない給湯暖房運転時の運転状況を表したＰＨ線図。 同ヒートポンプ式給湯用室外機のインジェクションを実施した給湯暖房運転時の運転状況を表したＰＨ線図。 同ヒートポンプ式給湯用室外機の凝縮圧力に応じてインジェクション制御を実施するか実施しないかを示す遷移図。 同ヒートポンプ式給湯用室外機のインジェクション制御の動作を示すフローチャート。 本発明の実施の形態２のヒートポンプ式給湯用室外機の冷媒回路図。
符号の説明
１ 空気熱交換器、２ 水熱交換器、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 中圧レシーバ、６ 第１膨張弁、７ 第２膨張弁、８ 第３膨張弁、９ 第１内部熱交換器、１０ 第２内部熱交換器、１１ 外気温度センサ、１２ 圧力センサ、１３ インジェクション回路、１４ 制御装置、１５ 水配管、１６ 液冷媒温度センサ、１９ ファン。

Claims (7)

  1. 圧縮機、水と冷媒の熱交換を行う水熱交換器、第１の減圧装置、中圧レシーバ、第２の減圧装置、空気と冷媒の熱交換を行う空気熱交換器を配管で環状に接続し、前記空気熱交換器により外気から熱の供給を受け、前記水熱交換器により水への熱を供給するヒートポンプ式給湯用室外機において、
    前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスし、前記圧縮機内の圧縮室にインジェクションし、回路中に第３の減圧装置と、該第３の減圧装置で減圧された冷媒と前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器とを有するインジェクション回路と、
    前記圧縮機吐出口の近傍に設けられた冷媒の凝縮圧力を検出する圧力検出センサと、
    該圧力検出センサにより検出される凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度が第１の所定値以上となったときに第３の減圧装置によるインジェクション制御を開始し、該圧力センサにより検出される凝縮圧力又は該凝縮圧力から演算される凝縮温度が前記第１の所定値より小さい第２の所定値以下となったときに前記インジェクション制御を停止するように制御する制御装置と、
    を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯用室外機。
  2. 圧縮機、水と冷媒の熱交換を行う水熱交換器、第１の減圧装置、中圧レシーバ、第２の減圧装置、空気と冷媒の熱交換を行う空気熱交換器を配管で環状に接続し、前記空気熱交換器により外気から熱の供給を受け、前記水熱交換器により水への熱を供給するヒートポンプ式給湯用室外機において、
    前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスし、前記圧縮機内の圧縮室にインジェクションし、回路中に第３の減圧装置と、該第３の減圧装置で減圧された冷媒と前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器とを有するインジェクション回路と、
    前記圧縮機吐出口の近傍に設けられた冷媒の凝縮圧力を検出する圧力検出センサと、
    前記空気熱交換器の冷媒入口に取り付けられ、液冷媒の蒸発温度を検出する液冷媒温度センサと、
    前記圧力センサにより検出される凝縮圧力と、前記液冷媒温度センサにより検出された蒸発温度から算出される蒸発圧力の比率、又は前記凝縮圧力から演算される凝縮温度と蒸発温度の比率が第１の所定の比率以上となったときに第３の減圧装置によるインジェクション制御を開始し、前記凝縮圧力と蒸発圧力の比率、又は凝縮温度と蒸発温度の比率が前記第１の所定の比率より小さい第２の所定の比率以下となったときに前記インジェクション制御を停止するように制御する制御装置と、
    を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯用室外機。
  3. 圧縮機、水と冷媒の熱交換を行う水熱交換器、第１の減圧装置、中圧レシーバ、第２の減圧装置、空気と冷媒の熱交換を行う空気熱交換器を配管で環状に接続し、前記空気熱交換器により外気から熱の供給を受け、前記水熱交換器により水への熱を供給するヒートポンプ式給湯用室外機において、
    前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスし、前記圧縮機内の圧縮室にインジェクションし、回路中に第３の減圧装置と、該第３の減圧装置で減圧された冷媒と前記中圧レシーバと前記第２の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器とを有するインジェクション回路と、
    前記圧縮機吐出口の近傍に設けられた冷媒の凝縮圧力を検出する圧力検出センサと、
    前記空気熱交換器の冷媒入口に取り付けられ、液冷媒の蒸発温度を検出する液冷媒温度センサと、
    前記圧力センサにより検出される凝縮圧力と、前記液冷媒温度センサにより検出された蒸発温度から算出される蒸発圧力の差分、又は前記凝縮圧力から演算される凝縮温度と蒸発温度の差分が第１の所定の差分以上となったときに第３の減圧装置によるインジェクション制御を開始し、前記凝縮圧力と蒸発圧力の差分、又は凝縮温度と蒸発温度の差分が前記第１の所定の差分より小さい第２の所定の差分以下となったときに前記インジェクション制御を停止するように制御する制御装置と、
    を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯用室外機。
  4. 前記インジェクション回路の第３の減圧装置は、膨張弁であることを特徴とする請求項１〜３記載のヒートポンプ式給湯用室外機。
  5. 前記インジェクション回路の第３の減圧装置は、キャピラリと電磁弁とからなることことを特徴とする請求項１〜３記載のヒートポンプ式給湯用室外機。
  6. 冷凍サイクルに使用する冷媒がＲ４１０Ａ、またはＲ４０７Ｃであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯用室外機。
  7. 前記圧縮機の吐出側に、冷媒を前記水熱交換器、前記第１の減圧装置、前記中圧レシーバ、前記第２の減圧装置及び前記空気熱交換器の順に循環させる給湯暖房運転と、冷媒を前記空気熱交換器、前記第２の減圧装置、前記中圧レシーバ、前記第１の減圧装置及び前記水熱交換器の順に循環させるデフロスト運転との切換を行うことができる四方弁を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯用室外機。
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