JP2013096661A - ヒートポンプ装置及びヒートポンプ給湯機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機1と、水熱交換器2と、膨張弁4と、空気熱交換器5とが順次冷媒配管で接続され、膨張弁4の入口側の高圧冷媒と空気熱交換器5の出口側の低温冷媒とを熱交換させる空気熱交換器5を備えた主回路10と、水熱交換器2での放熱を低減して通常運転時よりも温度が高い状態で圧縮機1から吐出された高温冷媒を高低圧熱交換器3の入口に導くための主除霜回路20と、主回路10の圧縮機1と水熱交換器2との間から分岐し、補助側開閉弁30aと、空気熱交換器5の複数段の冷媒配管のうち主回路10とは別の独立した流路を形成している最下段の冷媒配管とを介して空気熱交換器5の入口側に合流する補助除霜回路30とを備えたものである。
【選択図】図1
Description
このヒートポンプ給湯機100は、大きく分けてヒートポンプ装置60と貯湯装置70とを備えている。ヒートポンプ装置60は、冷媒を循環させる冷媒回路を備え、冷媒回路を循環する冷媒により、貯湯装置70の後述の貯湯タンク71内の水を加熱して湯に沸き上げる加熱手段として機能を有している。
以下、ヒートポンプ装置60の構成について説明する。
ヒートポンプ装置60は、圧縮機1と、油分離器1aと、放熱器としての水熱交換器2と、高低圧熱交換器3と、減圧装置としての膨張弁4と、吸熱器としての空気熱交換器5とが順次冷媒配管11で接続された冷媒回路の主回路10を備えている。この主回路10は、一般にヒートポンプサイクルと称されており、各機器間に冷媒を循環させることで熱の受け渡しをするようになっている。
ヒートポンプ装置60は、主回路10の油分離器1aと水熱交換器2との間から分岐部21で分岐して、水熱交換器2と高低圧熱交換器3との間の合流部23で主回路10に合流する第1バイパス管22を備えている。この第1バイパス管22には、主側開閉弁20aが設けられている。この主側開閉弁20aを開制御することで、圧縮機1からの高温冷媒を水熱交換器2を介さずに直接、第1バイパス管22から高低圧熱交換器3に流入させ、空気熱交換器5の除霜運転を実行するようになっている。つまり、冷媒が第1バイパス管22に流れ込むことで主除霜回路20を形成するようになっているのである。
ヒートポンプ装置60は、主回路10の油分離器1aと水熱交換器2との間から分岐部31で分岐して、空気熱交換器5の最下段部を介し、主回路10の膨張弁4と空気熱交換器5との間の合流部33で主回路10に合流する第2バイパス管32を備えている。この第2バイパス管32には、補助側開閉弁30aが設けられている。この補助側開閉弁30aを開制御し、圧縮機1からの高温冷媒を第2バイパス管32に流入させて空気熱交換器5の最下段部に通過させることで、除霜運転時に空気熱交換器5の上方部から流れ落ちた霜や低温の水を再加温し、空気熱交換器5の最下段で氷結しないようにしている。つまり、冷媒が第2バイパス管32に流れ込むことで補助除霜回路30を形成するようになっているのである。
空気熱交換器5は、図2には詳しく図示されていないが、上下方向に複数段並設された冷媒配管を有し、最下段を除く複数段の冷媒配管により主回路10の一部が構成されている。すなわち、膨張弁4から流入した冷媒が複数段の冷媒配管を順次通過した後、高低圧熱交換機3へ流出する流路を形成している。そして、最下段の冷媒配管は、主回路10の流路とは別の独立した流路を形成しており、この最下段の冷媒配管により補助除霜回路30の第2バイパス管32の一部が構成されている。
ヒートポンプ装置60は、主回路10の油分離器1aにより分離された油を圧縮機1に戻すために高低圧熱交換器3と圧縮機1の間を接続する返油バイパス回路40を備えている。ヒートポンプ給湯機100の運転中、圧縮機1から吐出された冷媒に含まれる油は、常に返油バイパス回路40によって圧縮機1に戻されるようになっている。図1には詳しく図示していないが、返油バイパス回路40では、流量がコントロールされて圧縮機1に戻されるようになっている。
ヒートポンプ装置60は、返油バイパス回路40に並列に接続した第3バイパス管52を備えている。上記の返油バイパス回路40は、圧縮機1から吐出された油の返油量を抑えて圧縮機1に戻す回路であるが、第3バイパス管52では油を積極的に戻す役割を持たせるため、第3バイパス管52は、返油バイパス回路40より小さい流路抵抗で形成されている。
ヒートポンプ装置60には、空気熱交換器5の入口冷媒温度(蒸発温度(Tei))を検知するための蒸発温度検知装置7aと、空気熱交換器5の周囲空気温度を検知するための外気温度検知装置7bとが設けられている。更に、ヒートポンプ装置60には、蒸発温度検知装置7a及び外気温度検知装置7bからの情報に基づいて後述の図3に示す各運転それぞれにおける各機器の制御や、後述の図9に示す各運転の切り替え制御を行う制御装置61が設けられている。この制御装置61は、ヒートポンプ給湯機100の全体を統括制御できるようなマイクロコンピュータ等で構成するとよい。
以下、貯湯装置70の構成について説明する。
貯湯装置70は、ヒートポンプ装置60で沸き上げられた湯を貯え、その湯を外部(蛇口や浴槽)に供給する機能を有している。貯湯装置70には、水熱交換器2により加熱された湯を貯える貯湯タンク71と、水熱交換器2へ送水する水ポンプ72と、流量を調節する水流量制御弁73とが順次接続されて設けられている。水ポンプ72は、貯湯タンク71あるいは給水装置から水熱交換器2へ水を送水できるものであればよい。なお、水ポンプ72、水流量制御弁73もヒートポンプ装置60の制御装置61により制御されるようになっている。
次に、ヒートポンプ装置60の制御装置61が行う貯湯運転モード及び除霜運転モードについて説明する。貯湯運転モードは、貯湯装置70を循環する水を所定の温度に加熱するモードである。除霜運転モードは、空気熱交換器5に付着した霜を溶かすモードであり、除霜準備運転と除霜本運転とから構成される。
図4(a)は、貯湯運転中における主回路10の冷媒状態を示すモリエル線図(P−H線図)である。図4(b)は、図4(a)の各冷媒状態(1)〜(6)に対応する箇所を冷媒回路図上に示した図である。この図4は、縦軸が絶対圧力(P)で、横軸がエンタルピ(H)を示している。この図4では、L301が冷媒の状態遷移を、L304が外気温度をそれぞれ示している。なお、状態(1)、(5)及び(6)は、外気温度L304よりも低くなっている。
図5は、除霜準備運転中における主回路10、主除霜回路20及び補助除霜回路30の冷媒状態を示すモリエル線図(P−H線図)である。この図5は、縦軸が絶対圧力(P)で、横軸がエンタルピ(H)を示している。この図5では、L302が冷媒の状態遷移を、L304が外気温度をそれぞれ示している。また、L302上に図示してある状態(1)〜(6)は、図1に示した(1)〜(6)のそれぞれの場所における冷媒の状態を示している。なお、状態(1)、(5)、(5’)、(5’’)及び(6)は、外気温度L304よりも低くなっている。
図8は、除霜本運転中における主回路10、主除霜回路20及び補助除霜回路30の冷媒状態を示すモリエル線図(P−H線図)である。この図8は、縦軸が絶対圧力(P)で、横軸がエンタルピ(H)を示している。この図8では、L303が冷媒の状態遷移を、L304が外気温度をそれぞれ示している。また、L303上に図示してある状態(1)〜(6)は、図1に示した(1)〜(6)のそれぞれの場所における冷媒の状態を示している。なお、何れの状態においても外気温度L304よりも高くなっている。
除霜本運転は、上述したように空気熱交換器5に付着した霜を除去し、水熱交換器2及び空気熱交換器5での熱交換量を低下させないようにすることを主目的としている。そのために、制御装置61は、圧縮機1の回転数を最大回転数に一定に保ち、膨張弁4の開度を次第に小さくすることによって、除霜本運転時間が短くなり効率良く除霜本運転が実行できる。
通常、ヒートポンプ給湯機100は、貯湯運転モードを行っている(S1)。貯湯運転モード時に空気熱交換器5に霜が付着すると、蒸発温度(Tei)が低下することになる。つまり、空気熱交換器5への着霜状態をこの蒸発温度(Tei)で判定することができる。ヒートポンプ給湯機100が貯湯運転モードを開始すると、制御装置61は、蒸発温度検知装置7aで検知した蒸発温度(Tei)と予め設定してある所定値(T1)とを比較する(S2)。
Claims (9)
- 圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とが順次冷媒配管で接続され、前記減圧装置の入口側の高圧冷媒と前記吸熱器の出口側の低圧冷媒とを熱交換させる高低圧熱交換器を備えた主回路と、
前記放熱器での放熱を低減して通常運転時よりも温度が高い状態で前記圧縮機から吐出された高温冷媒を前記高低圧熱交換器の入口に導くための主除霜回路と、
前記主回路の前記圧縮機と前記放熱器との間から分岐し、補助側開閉弁と、前記吸熱器の複数段の冷媒配管のうち前記主回路とは別の独立した流路を形成している最下段の冷媒配管とを介して前記吸熱器の入口側に合流する補助除霜回路と
を備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。 - 前記吸熱器の除霜を行う除霜運転時に前記主除霜回路に冷媒を流すと共に、その除霜運転中に前記補助除霜回路の前記補助側開閉弁を開くことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ装置。
- 前記除霜運転の開始直後に前記減圧装置の開度を一旦、小さくすることを特徴とする請求項2記載のヒートポンプ装置。
- 前記高低圧熱交換器入口の温度を検出する温度検知装置を備え、前記吸熱器の除霜を行う除霜運転中に、前記温度検知装置の検知温度が予め設定した所定値以上になると、前記補助除霜回路の前記補助側開閉弁を開くことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。
- 前記圧縮機から吐出した冷媒中の油を分離する油分離器と、
返油側開閉弁が配設され、前記油分離器で分離された油を前記圧縮機の吸入側に返油し、その油により前記吸熱器から前記圧縮機に向かう冷媒を加熱する加熱補助回路とを備え、
前記除霜運転中に前記加熱補助回路の前記返油側開閉弁を開くことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。 - 前記除霜運転は、
前記吸熱器に流入する冷媒の蒸発温度を上昇させる除霜準備運転と、
前記除霜準備運転後に行われ、前記吸熱器に付着した霜を溶かす除霜本運転とを有し、 前記除霜本運転では、前記圧縮機の回転数を前記除霜準備運転時よりも増加させることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。 - 前記除霜運転は、
前記吸熱器に流入する冷媒の蒸発温度を上昇させる除霜準備運転と、
前記除霜準備運転後に行われ、前記吸熱器に付着した霜を溶かす除霜本運転とを有し、 前記除霜本運転では、前記圧縮機の回転数を最大回転数に維持することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。 - 冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。
- 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載のヒートポンプ装置と、
前記放熱器に水を送り込む水ポンプと前記放熱器で加熱された水を貯える貯湯タンクとを備えた貯湯装置とを備え、
前記制御装置は、前記水ポンプの駆動を制御して貯湯運転、除霜準備運転及び除霜運転を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
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JP5939764B2 (ja) | 2016-06-22 |
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