JP2010144965A

JP2010144965A - ヒートポンプ式温水暖房装置

Info

Publication number: JP2010144965A
Application number: JP2008320754A
Authority: JP
Inventors: Masami Yamaguchi; 正巳山口; Mitsuya Hasegawa; 貢也長谷川; Eiichi Shirai; 瑛一白井
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】ヒートポンプ式温水暖房装置の製造コストを削減と、運転の効率を向上させる。
【解決手段】蒸発器１０をフィンチューブ式の熱交換器で形成し、前記水−冷媒熱交換器１７と膨張弁１１の間の冷媒循環回路に放熱器２３を前記蒸発器１０と一体に設けると共に、前記放熱器２３を蒸発器１０の風下側下端に位置させたので、製造コストを削減することができ、除霜運転での溶け残りを防止することができ、圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる。
【選択図】図５

Description

この発明は、ヒートポンプ式の温水暖房装置に関するものである。

従来の空気調和機では、圧縮機、室外熱交換器、四方弁を室外機内に収納し、室内熱交換器等を室内機内に収納し、室内機と室外機を連絡配管で接続して冷凍回路を形成している。四方弁の切換によって、室外熱交換器が凝縮器として機能するときは、室内熱交換器が蒸発器として機能し、冷房運転を行うことができる。また、四方弁を切り換えて、室外熱交換器が蒸発器として機能するときは、室内熱交換器が凝縮器として機能し、暖房運転を行うことが可能となる。
また、室外機内に備えた圧縮機、水−冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器に冷媒を循環して冷凍回路を形成し、室外機の上部に前記水−冷媒熱交換器と循環ポンプ等を備え、室外機と室内に設置されたファンコンベクタや床暖房等の放熱器を接続して温水経路を形成し、前記冷凍回路の作動によって汲み上げられた熱を水−冷媒熱交換器を経由して温水回路に伝達し、ファンコンベクタ等にて室内に放出して暖房を行うヒートポンプ式の温水暖房装置がある。

また、圧縮機、減圧手段、水−冷媒熱交換器、蒸発器を順次接続して構成された室外機と貯湯タンクを温水配管で接続し、前記貯湯タンクで蓄えた湯を取り出して使用する貯湯式給湯機で、前記室外機の高圧側配管と低圧側配管とを熱交換させる内部熱交換器を設けることで、温水の温度が上昇した際の減圧手段の入口温度を調整し、吐出圧力の上昇を抑え、圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる貯湯式給湯機がある。（例えば、特許文献１参照）
特開２００７−２７８６５５号公報

従来例のヒートポンプ式冷凍回路では、圧縮機の吐出圧力の上昇を抑え、消費電力の増加を抑える目的で、内部熱交換器を使用した場合には内部熱交換器その物のコストアップと、冷媒配管が複雑になることで発生するコストアップが発生し、製造コストが高くなる問題が有った。
また、冬期の低温時に室外機に備えた蒸発器に霜が付着して、蒸発能力が低下するので運転中は定期的に除霜運転（膨張弁を全開にしたり、冷凍回路を切換て冷媒を逆回転で流したりして高温冷媒を蒸発器に流す等）を行って、蒸発器に付着した霜を取り除いていたが、除霜運転中は本来の目的である暖房ができなくなるので、除霜運転の時間をできるだけ短くする必要が有った。
また、定期的に除霜運転を行っても部分的に霜が溶けきらず、蒸発器の効率が低下する問題が有った。

この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、特にその構成を、室外機を水平仕切板で上下に分割し、この仕切板の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、蒸発器、送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプと温水ヘッダーを備え、この温水ヘッダーと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続し、前記圧縮機、水−冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器等を接続して冷媒循環回路を形成し、前記水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプ、温水連絡配管、室内熱交換器を接続して温水循環回路を形成し、前記冷媒循環回路にて蒸発器から汲み上げた熱を、水−冷媒熱交換器で温水循環経路に伝達し、前記室内熱交換器にて室内へ放熱して暖房を行うヒートポンプ式温水暖房装置に於いて、前記蒸発器をフィンチューブ式の熱交換器で形成し、前記水−冷媒熱交換器と膨張弁の間の冷媒循環回路に放熱器を前記蒸発器と一体に設けると共に、前記放熱器を蒸発器の風下側下端に位置させたものである。

この発明によれば、内部熱交換器に替えて蒸発器と一体に放熱器を形成するので製造コストを削減することができる。
また、蒸発器の風下側下端を常時加熱するので、除霜運転での溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができる。
また、内部熱交換器を使用しなくとも、吐出圧力の上昇を抑え、圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる。

次に、この発明に係るヒートポンプ式温水暖房装置を図面に示された一実施例で説明する。
１はヒートポンプ式温水暖房装置の室外機で、水平仕切板２にて上下２室に分けられ、下部には冷凍回路室３を、上部には温水回路室４を備え、温水連絡配管５によって、ファンコンベクタ等の室内機６と接続されている。
前記冷凍回路室３の背面と左側面には空気吸込口７が、前面には吹出口８を備え、内部には圧縮機９、蒸発器１０、膨張弁１１、送風ファン１２と冷凍回路制御部１３等を設けている。

前記温水回路室４は上面に給水用蓋１４が、背面に配管取出口１５を備え、内部には冷媒接続バルブ１６、水−冷媒熱交換器１７、補助ヒータ１８、温水タンク１９、循環ポンプ２０、温水ヘッダー２１と温水回路制御部２２等を設けている。
前記圧縮機９は温水回路制御部２２に備えたインバータ駆動回路（図示せず）にて多段階に回転数を変化できるものである。

前記蒸発器１０は縦長で多数のアルミニューム薄板１０ａに銅管１０ｂを貫通させたフィンチューブ式の熱交換器で風上側と風下側に密接して、それぞれ１列ずつ設けられている。銅管１０ｂは上下に２４段設けられ、内部に前記膨張弁１１で減圧された液冷媒が流入し、空気中の熱を奪い蒸発器１０の出口では気体となり圧縮機９に戻っていく。
２３は前記水−冷媒熱交換器１７と膨張弁１１との間に設けられた放熱器で、前記蒸発器１０の風下側で下端より上下に２本の銅管２３ａを、前記水−冷媒熱交換器１７と膨張弁１１を接続するものであり、蒸発器１０の風下側のアルミニューム薄板１０ａを共用して、蒸発器１０と一体に形成されることで、内部熱交換器を使用せずに吐出圧力の上昇を抑えことができるので、製造コストを低く抑えることになる。また、除霜運転での溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができる。また、吐出圧力の上昇を抑えるので圧縮機９の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる。

前記膨張弁１１は電子式の膨張弁で圧縮機９の回転数や冷凍回路の各部温度等によって冷凍回路制御部１３にて開度が制御されるものである。
前記送風ファン１２は樹脂製のプロペラファンで、回転数可変の送風モータ２４によって回転し、前記空気吸込口７、蒸発器１０、送風ファン１１、吹出口８で室外送風経路２５を形成し、蒸発器１０にて外気から熱を奪うものである。

図３の分解斜視図によって前記冷凍回路室３の説明をする。２６は板金製のベースで上面に圧縮機９や蒸発器１０等の機能部品が固定される。２７は板金製の前パネルで、中央やや左側に円形で格子状の前記吹出口８を樹脂製の吹出口カバー２８で被っている。２９は板金製の右側板で、右側面から背面にかけてＬ字型に折り曲げられ、上部には連絡電線や電源コード等（図示せず）の電線を接続するサービス口３０が開口され、取手を兼用する蓋３１によって閉じられている。３２は板金製の左側板で、左側面から背面にかけてＬ字型に折り曲げられ、多数の角穴３３を前記吸込口７として使用し、前記角穴３３の上端部分に樹脂製の取手３４を取り付けている。

３５は平面の断面がコの字型に形成した支持金具で、前記右側板２９の内側に設けられ、下端を前記ベース２６に上端を前記水平仕切板２にネジ止めすることで上部の前記温水回路室４を支えるものである。３６は左右仕切板で、左側の前記室外送風経路２５を形成する送風室３７と、圧縮機９等を備える機械室３８を隔てるものであり、中央上部の機械室３８側の壁面にはリアクタ３９がネジ止めされている。４０は前記送風モータ２４を固定するモータ取付台で、下端を前記ベース２６に上端の前方を前パネル２７に固定されるものである。４１は蒸発器１０の左上端を固定する蒸発器左留具。４２は蒸発器１０の上端略中央を固定する蒸発器中央留具。

４３は放熱器入口管で下端を放熱器２３に上端を冷媒接続バルブ１６に接続される。４４は蒸発器入口管セットで、膨張弁配管セット４５と蒸発器１０の入口側を接続する。４６は蒸発器出口管セットで、蒸発器１０の出口側と四方弁配管セット４７を接続する。この四方弁配管セット４７は図２には示していないが、四方弁４８は器具の移設等で冷媒回収等のサービス作業に使用するものである。４９は漏電ブレーカで冷凍回路制御部１３の電源側に取付られるものである。

前記室内機６はファンコンベクタ等から成り、前面下部には温風吹出口４４を、前面上部には操作部４５を、背面には空気吸込口（図示せず）等を備え、内部には熱を放出するための室内熱交換器４６と室内送風ファン４７と室内制御部４８等を設けている。
また、４９は室内温水接続部で温水コンセント等の室内機６と前記温水連絡配管５を接続するものである。

前記水−冷媒熱交換器１７は、外管の内部に内管を挿入した二重管で構成されている。内管の外表面は、多数のフィンを立設し、内管の内外における熱交換効率を高めるように構成されている。この二重管の内管内部を水が通過する温水経路５０とし、内管と外管との間を冷媒が通過する冷媒経路５１とすることにより、冷媒と水との間で熱交換して通過する水を加熱することが可能となる。

また、この冷媒経路５１と冷媒接続バルブ１６、放熱器２３、膨張弁１１、蒸発器１０、圧縮機９、冷媒接続バルブ１６を冷媒配管で順次連通して冷媒循環回路５２を形成する。
また、前記温水経路５０と補助ヒータ１８、温水タンク１９、循環ポンプ２０、温水ヘッダー２１、温水連絡配管５、室内温水接続部４９、室内熱交換器４６、室内温水接続部４９、温水連絡配管５、を温水配管で順次連通して温水循環経路５３を形成している。

前記冷凍回路室３の上面には水平仕切板２が被せられ、この上に前記温水回路室３が形成される。温水回路室３の前面側の外枠は板金製の前パネル上５４で、右側面は右側板上５５で、左側面から背面は左側板上５６で、上面は天板５７で形成され、この天板５７には前記給水口蓋１４で閉じられる穴５８が設けられ、背面右側には前記配管取出口１５を備える配管カバー５９が取付られる。

前記水平仕切板２の右端手前側には前記冷媒接続バルブ１６を取り付けるためのバルブ取付台６０がネジ止めされ、その背面側には前記温水ヘッダー２１が取り付けられ、温水連絡管５が接続される空間を形成するヘッダー金具６１がネジ止めされている。

前記水平仕切板２の中央から左隅にかけては、発泡スチロール製の断熱材下６２と断熱材上６３によって上下に被われる水−冷媒熱交換器１７が配置され、前記断熱材上６３左側上面の空間には前記温水タンク１９が設けられ、温水タンク９上面の給水口６４にはキャップ６５が取り付けられている。

前記温水タンク１９の右隣には前記補助ヒータ１８が水平仕切板２にネジ止めされ、補助ヒータ１８とヘッダー金具６１の間には前記循環ポンプ２０がネジ止めされている。そして、補助ヒータ１８の上方には前記温水回路制御部２２が前後を前記断熱材上６３の上部前後に備えた縁６６に嵌め込まれている。温水回路制御部２２は電装ボックス６７内に回路基板６８が収納され電装蓋６９によって上面を閉じている。

７０は樹脂製の水熱交出口ホースで、水−冷媒熱交換器１７の出口と銅管製のヒータ入口管７１を接続する。このヒータ入口管７１は補助ヒータ１８の左側面に備えた接続口（図示せず）に取り付けられている。７２は補助ヒータ１８の右上面に接続されるヒータ出口管で、タンク入口ホース７３と接続される。このタンク入口ホース７３は温水タンク１９の右側面下方に備えたタンク入口７４と接続する。７６はタンク出口ホースで、温水タンク１８のタンク出口７５と前記循環ポンプ２０の入口（図示せず）と接続する。７７はポンプ出口ホースで、循環ポンプ出口７８とヘッダジョイント上７９と接続され温水ヘッダー２１の上側から室内機６へ温水が送られる。

８０は前記圧縮機９吐出側の冷媒配管に取り付けられた吐出温センサで、圧縮機９の吐出温度を測定し、前記冷凍回路制御部１３へ信号を送る。８１は冷凍回路室３内の室外送風経路２５の上流側に設けられた外気温センサで、外気温を測定する。８２は前記蒸発器１０に取り付けられ蒸発器１０の温度を測定して、除霜運転を制御するための熱交センサである。８３は水−冷媒熱交換器１７の中程に取り付けられ、冷媒の温度を測定する冷媒中間センサである。

８４は前記水−冷媒熱交換器１７と補助ヒータ１８の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定する往き温水センサ。８５は前記補助ヒータ１８と温水タンク１９の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定するヒータ温水センサ。８６は室内機６と水−冷媒熱交換器１７の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定する戻り温水センサである。

８７は補助ヒータ１８の過熱を検知する安全サーモで、補助ヒータ１８の上面に２つ取り付けられている。８８は前記温水タンク１９に取り付けられた２本の電極で温水タンク１９の水位を検知する水位センサ。８９は前記循環ポンプ２０と温水ヘッダー２１の間と、もう一方の温水ヘッダー２１と戻り温水センサ８６の間を接続するバイパス管で、室内機６への温水循環量を調節するものである。

冷凍回路について説明すれば、機械室３８に位置する圧縮機９から吐出された高温の冷媒は冷媒循環バルブ１６を通過して、温水回路室４内に設けた、二重管構造で構成される水−冷媒熱交換器１７にて冷媒経路５１と接する温水経路５０の間で熱交換が行われ、温水経路５０の水が高温の冷媒によって加熱される。冷媒経路５１では熱を放出して冷媒は液化した後、もう一方の冷媒循環バルブ１６を通過して冷媒回路室３の放熱器２３にて放熱することで内部の圧力を減少させた後、膨張弁１１に戻って減圧され蒸発器１０によって送風空気から熱を奪って、冷媒が気化した後、圧縮機９に戻って冷凍サイクルの循環が継続される。

温水回路について説明すれば、水−冷媒熱交換器１７で加熱された温水は補助ヒータ１８にて、除霜運転時や冷凍回路での能力不足の時に更に加熱し、温水タンク１９で必要な温度の温水が蓄えられる。温水タンク１９の温水は循環ポンプ２０によって温水ヘッダー２１、温水連絡配管５を通過して室内機６の室内熱交換器４６に送られ、室内送風ファン４７によって温風として室内に熱が放出され暖房が行われ、もう１方の温水連絡配管５と温水ヘッダー２１を通過して、水−冷媒熱交換器１７で加熱される温水の循環が行われる。また室内機６への温水循環量を調節するために、一部の温水はバイパス管８９側を循環する。

除霜運転について説明すれば、暖房運転を行うと蒸発器１０が低温になり、気温が低いときには、蒸発器１０には空気中の水蒸気が凍結して表面に付着し、時間の経過と共に霜は成長する。この霜の成長で蒸発器１０の熱交換能力が低下するので、吐出温センサ８０や熱交センサ８２等の温度によって定期的に除霜運転が必要になる。この実施例では熱交センサ８２の温度と外気温センサ８１との温度差が約７ｄｅｇ以上となったときに除霜運転を開始し、熱交センサ８２の温度が除霜開始時の温度よりも５ｄｅｇ上昇した時に除霜運転を終了し、通常の暖房運転に復帰する。除霜運転では膨張弁１１を全開にし、圧縮機９は低回転で運転し、送風ファン１２を停止することで、高温の冷媒を蒸発器１０に流して蒸発器１０の表面に付着した霜を溶かすものであるが、蒸発器１０は冷媒の流れ方向や送風のムラによってそれぞれの部分で温度ムラ生じるが、それによって霜の発達も異なり、除霜運転が終了しても霜が部分的に残るものであるが、蒸発器１０と一体に放熱器２３を設け、且つ放熱器２３を蒸発器１０の風下側下端に位置させたので、例え霜の残りがあっても、通常運転時に放熱器２３で加熱して霜を取り除くことができ、トータルで冷凍サイクルの効率が向上するものである。

この発明一実施例の斜視図。同概略の説明図。同冷凍回路室の分解斜視図。同温水回路室の分解斜視図。同要部の側面図。

符号の説明

１室外機
６室内機
１０蒸発器
１１膨張弁
１７水−冷媒熱交換器
２３放熱器

Claims

室外機を水平仕切板で上下に分割し、この仕切板の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、蒸発器、送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプと温水ヘッダーを備え、この温水ヘッダーと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続し、前記圧縮機、水−冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器等を接続して冷媒循環回路を形成し、前記水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプ、温水連絡配管、室内熱交換器を接続して温水循環回路を形成し、前記冷媒循環回路にて蒸発器から汲み上げた熱を、水−冷媒熱交換器で温水循環経路に伝達し、前記室内熱交換器にて室内へ放熱して暖房を行うヒートポンプ式温水暖房装置に於いて、前記蒸発器をフィンチューブ式の熱交換器で形成し、前記水−冷媒熱交換器と膨張弁の間の冷媒循環回路に放熱器を前記蒸発器と一体に設けると共に、前記放熱器を蒸発器の風下側下端に位置させたことを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。