JP2005016755A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機を圧力保証範囲内で制御する信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】外気温度検出手段、圧力検出手段、２つのヒートポンプサイクルを並列に有する構成とし、外気温度が任意の設定温度以上になった場合、１つのヒートポンプサイクルにて給湯運転を行う。また、出湯温度をある任意の設定温度以下に制限し、かつタンク貯熱運転を行なわない制御とすることで、圧縮機を圧力保証範囲内で制御することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル式ヒートポンプ給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ給湯機は、特許文献１に記載されているように電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な割引電力を使って夜中にヒートポンプ冷媒回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵して置き、上記貯蔵した湯を日中に使うものが一般的であった。
【０００３】
しかし、上記給湯方式においては、貯湯タンクの湯量が一定で、使用量の多い日は湯量不足となり、使用量の少ない日は、残り湯の湯冷めによるエネルギー損失となっていた。
【０００４】
そこで、お湯を使用するときにお湯を沸かす、いわゆる瞬間式のヒートポンプ給湯機が必要となってきた。
【０００５】
しかし、瞬間式の場合、水道水を設定された給湯温度まで上昇させる必要がある。このため冷凍サイクルの能力を高能力とする必要があり、２系統のヒートポンプサイクルを並列にして湯を沸かすヒートポンプ給湯機とすることが考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１０６９６３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
貯湯式の場合、深夜電力を利用するので夏場でも外気温度は比較的低く、圧縮機の過負荷状態は考慮する必要が無かった。
【０００８】
しかし、瞬間式の場合、夏場の外気温度が高い場合でも給湯運転が指令された時、ヒートポンプ運転を行わなければならない。
【０００９】
冷凍サイクル中に圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機は、給湯時外気温度が高くなると低圧側（蒸発側）の圧力が上がり、また、高圧側（水冷媒熱交換側）の圧力も上昇し圧縮機の保証範囲を超えてしまう。高圧側の圧力は圧縮機回転数を落とすなどして下げる対応はできるが、低圧側は圧縮機回転数を下げるとますます圧力が上昇してしまう。
【００１０】
また、瞬間式ヒートポンプ給湯機においては６０℃ぐらいの高温出湯や６０℃以上のタンク蓄熱は、外気温度が高い場合、高圧圧力の制限を守るように圧縮機回転数を下げると、蒸発側圧力が上昇してしまう問題がある。
【００１１】
このように外気温度が高い場合の圧縮機の過負荷状態に付いては考慮されていなかった。
【００１２】
本発明の目的は、外気温度が高い時でも圧縮機の圧力上昇を抑え、圧縮機の圧力保証範囲内にて制御を行えるヒートポンプ給湯機を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第１のヒートポンプサイクルと、圧縮機と、前記水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第２のヒートポンプサイクルと、外気温度検出手段と、この外気温度検出手段の出力に基づき外気温度が設定された温度以上になった場合、前記第１及び第２のヒートポンプサイクルのうち一方のヒートポンプサイクルを運転することで前記水冷媒熱交換器にて水温を上昇させる運転を行なう制御機能を備えることにより達成される。
【００１４】
上記目的は、圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第１のヒートポンプサイクルと、圧縮機と、前記水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第２のヒートポンプサイクルと、前記第１及び第２のヒートポンプサイクルの少なくとも一方に設けられた圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、外気温度検出手段と、この外気温度検出手段の出力に基づき外気温度が設定された温度以上になった場合、前記第１及び第２のヒートポンプサイクルのうち一方のヒートポンプサイクルを運転することで前記水冷媒熱交換器にて水温を上昇させる運転を行ない、前記圧力検出手段の出力に基づいて運転されている圧縮機の回転数の制御を行なう制御機能を備えることにより達成される。
【００１５】
特に、外気温度が設定された温度以上になると、出湯温度を制限する制御機能を備えるものである。
【００１６】
特に、前記水冷媒熱交換器に接続されたタンクを備え、このタンクに貯湯してある湯温が低下したとき、このタンク内の湯を前記水冷媒熱交換器を介してタンク内に戻す循環運転を行う機能と、外気温度が設定された温度以上になった場合、タンク循環運転を禁止する制御機能とを備えるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明のヒートポンプ給湯機１３の全体構成ブロック図である。ヒートポンプ給湯機１３は、外気温度検出手段１、空気と冷媒の熱交換を行なうサイクル１側蒸発器２ａ、サイクル２側蒸発器２ｂ、蒸発器２ａ、２ｂの熱交換効率を上げるサイクル１側ファン３ａ、サイクル２側ファン３ｂ、サイクル１側圧縮機４ａ、サイクル２側圧縮機４ｂ、冷媒流量を調整するサイクル１側弁５ａ、サイクル２側弁５ｂ、水と冷媒の熱交換を行なう水冷媒熱交換器６、水冷媒熱交換器６にて生成されたお湯を貯蓄するタンク７、水冷媒熱交換器６で生成されたお湯の流量を調整する熱交流量弁８、タンク７内へお湯を貯蓄する時お湯の流量を調整するタンク流量弁９、ヒートポンプ給湯機１３から出湯する温度を検出する出湯温度検出手段１０、ヒートポンプ給湯機１３の全体制御を行なう制御部１１、タンク７内お湯温度を検出するタンク温度検出手段１２、サイクル１側圧縮機４ａの吐出圧力を検出する圧力検出手段１４ａ、サイクル２側圧縮機４ｂの吐出圧力を検出する圧力検出手段１４ｂ、ヒートポンプ給湯機１３の出湯温度をユーザが希望する温度に調整するリモコン１５で構成されている。
【００１８】
ヒートポンプ給湯機１３は、タンク７に任意の温度にてお湯を貯蓄し、出湯についてはリモコン１５にて設定された温度のお湯を出湯制御するシステムである。なお、ヒートポンプ給湯機１３のヒートポンプサイクル１側と２側は、制御部１１により別々に制御することができる構成となっている。
【００１９】
図２は圧縮機４ａ、４ｂの動作保証範囲を示した回転数と圧力の関係図であり、制御部１１は圧力検出手段１４ａ、１４ｂにて圧縮機４ａ、４ｂの圧力を検出しながらこの動作保証範囲内で圧縮機の回転数を制御する。なお制御部１１にはメモリ（図示せず）が内蔵されており、本圧縮機の回転数と圧力の動作保証範囲内関係を記憶させておき、制御部１１はこの記憶された動作保証範囲内にて圧縮機の制御を行なう。
【００２０】
尚、通常の給湯運転の時も、圧力検出手段１４ａ、１４ｂに基づく回転数制御を行ってもよいが、行なわない場合は、外気温が高い時に運転しないサイクルには圧力検出手段を設けなくてもよい。
【００２１】
ヒートポンプ給湯機１３にてお湯の生成について説明する。ヒートポンプサイクルは圧縮機４ａ、４ｂ、蒸発器２ａ、２ｂ、水冷媒熱交換器６が冷媒配管を介して接続され構成しており、その中に冷媒が封入されている。冷媒は圧縮機４ａ、４ｂの回転動作により圧縮され、また、切換弁５ａ、５ｂの開閉により蒸発器２ａ、２ｂと水冷媒熱交換器６間を循環する。
【００２２】
熱交換について図３を用いて説明すると、冷媒は蒸発器２ａ、２ｂにて空気より吸熱して蒸発し、蒸発した冷媒は圧縮機４ａ、４ｂに吸入され、高温高圧に圧縮された後、水冷媒熱交換器６に入る。圧縮された冷媒は、水冷媒熱交換器６で水に放熱し液化する。このとき水は冷媒による放熱で温められる。このヒートポンプサイクルにより、ヒートポンプ給湯機１３はお湯を生成する。圧縮機４ａ、４ｂの回転動作制御は、ヒートポンプ給湯機１３内制御部１１により行われる。制御部１１は、圧力検出手段１４ａ、１４ｂによる検出値で冷媒の圧力を把握し、圧縮機の圧力保証範囲内で圧縮機４ａ、４ｂの回転数制御を行なう。また制御部１１は、外気温度検出手段１による検出値により外気温度を把握できる。タンク７にはタンク温度検出手段１２が設置してあり、制御部１１はこの検出値でタンク７内のお湯温度を把握でき、また、熱交流量弁８とタンク流量弁９を制御することで、タンク７にお湯を任意の温度で貯蓄することができる。タンク７内に貯蓄されたお湯は、高温出湯や長時間連続出湯時など、ヒートポンプサイクルでのお湯生成が間に合わない場合に出湯する。
【００２３】
本ヒートポンプサイクルは外気温度が高い場合、空気と冷媒の温度差が大きくなることから空気と冷媒の熱交換能力が上がる。すると冷媒の温度が上昇するので低圧側の圧力が上昇する。このため、高低圧力とも冷媒圧力が上昇する傾向がある。圧縮機４ａ、４ｂの回転数を下げると、高圧側冷媒圧力は低下するが低圧側冷媒圧力が上昇する。
【００２４】
そこで、制御部１１は外気温度検出手段１により検出した外気温度が任意の温度以上になったらヒートポンプサイクル１側を停止させ、ヒートポンプサイクル２側のみを使用する構成とした。１つのヒートポンプサイクルのみで運転することにより、熱交換能力を低下させることで圧縮機４ｂの回転数を上げても高低圧冷媒圧力は大きく上昇することはなく、圧縮機圧力保証値範囲内で制御することが可能になる。また、１つのヒートポンプサイクルのみでの運転中出湯する場合、出湯温度が高いと熱交換能力が低下しているため、圧縮機４ｂを圧縮機圧力保証値範囲内で制御することができない場合がある。そこで、外気温度が任意の温度以上になり１つのヒートポンプサイクルのみでの運転中は出湯温度を任意の設定温度以下に制限する制御とすることで、圧縮機４ｂを圧縮機圧力保証範囲内で制御することが可能になる。
【００２５】
また、タンク７内のお湯の温度は、図示しない循環ポンプを動作させることで、タンク７の下部から水冷媒熱交換器６を介してタンク７の上部に昇温した湯を注水する。前記一方のヒートポンプサイクルのみで運転中は、出湯温度を任意の設定温度以下に制限するばかりではなく、タンク７内の貯蓄されたお湯温度をある任意の高温に保つ蓄熱運転を行なわない制御とした。これは、出湯温度を任意の設定温度以下に制限しているので、タンク７内のお湯を使用しなくても設定温度で出湯できるのと、前記同様圧縮機４ｂを圧縮機圧力保証範囲内で制御するためである。
【００２６】
以上本実施例にて、前記説明した制御構成とすることにより、圧縮機を圧力保証範囲内で制御することができ、信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、圧縮機を圧力保証範囲内で制御する信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートポンプ給湯機構成ブロック図である。
【図２】圧縮機の回転数と圧力の関係を示す圧縮機圧力保証範囲図である。
【図３】冷媒と空気及び冷媒と水の熱交換ブロック図である。
【符号の説明】
１…外気温度検出手段、２ａ、２ｂ…蒸発器、３ａ、３ｂ…ファン、４ａ、４ｂ…圧縮機、５ａ、５ｂ…切換弁、６…水冷媒熱交換器、７…タンク、８…熱交流量弁、９…タンク流量弁、１０…出湯温度検出手段、１１…制御部、１２…タンク温度検出手段、１３…ヒートポンプ給湯機本体、１４ａ、１４ｂ…圧力検出手段。

Claims (4)

1. 圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第１のヒートポンプサイクルと、圧縮機と、前記水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第２のヒートポンプサイクルと、外気温度検出手段と、この外気温度検出手段の出力に基づき外気温度が設定された温度以上になった場合、前記第１及び第２のヒートポンプサイクルのうち一方のヒートポンプサイクルを運転することで前記水冷媒熱交換器にて水温を上昇させる運転を行なう制御機能を備えたヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第１のヒートポンプサイクルと、圧縮機と、前記水冷媒熱交換器と、膨張機構と、空気と冷媒との間で熱交換を行なう蒸発器とを有する第２のヒートポンプサイクルと、前記第１及び第２のヒートポンプサイクルの少なくとも一方に設けられた圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、外気温度検出手段と、この外気温度検出手段の出力に基づき外気温度が設定された温度以上になった場合、前記第１及び第２のヒートポンプサイクルのうち一方のヒートポンプサイクルを運転することで前記水冷媒熱交換器にて水温を上昇させる運転を行ない、前記圧力検出手段の出力に基づいて運転されている圧縮機の回転数の制御を行なう制御機能を備えたヒートポンプ給湯機。
3. 請求項１または２において、外気温度が設定された温度以上になると、出湯温度を制限する制御機能を備えたヒートポンプ給湯機。
4. 請求項１または２において、前記水冷媒熱交換器に接続されたタンクを備え、このタンクに貯湯してある湯温が低下したとき、このタンク内の湯を前記水冷媒熱交換器を介してタンク内に戻す循環運転を行う機能と、外気温度が設定された温度以上になった場合、タンク循環運転を禁止する制御機能とを備えたヒートポンプ給湯機。

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