JP2005147611A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒートポンプ式給湯装置の冷媒圧力上昇を抑制し、圧縮機メカ磨耗等の機体保護を行う。
【解決手段】圧縮機１１、給湯熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４を冷媒配管１５によって環状に接続して構成されるヒートポンプ式給湯装置において、要求能力、外気温度、入水温度、目標出湯温度が変化しても常時最適なポンプ流量を出力することで、ヒートポンプ式給湯装置の冷媒圧力上昇を抑制すると共に、圧縮機メカの磨耗等の機体の保護を実現することができる。
【選択図】図２
【解決手段】圧縮機１１、給湯熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４を冷媒配管１５によって環状に接続して構成されるヒートポンプ式給湯装置において、要求能力、外気温度、入水温度、目標出湯温度が変化しても常時最適なポンプ流量を出力することで、ヒートポンプ式給湯装置の冷媒圧力上昇を抑制すると共に、圧縮機メカの磨耗等の機体の保護を実現することができる。
【選択図】図２
Description
本発明にかかるヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機運転開始後の急激な圧力上昇を緩和することで圧縮機の保護を実現し、特に臨界圧力以上まで加圧されるヒートポンプ給湯機や各種ヒートポンプ装置への利用として有用である。
従来の技術として、ヒートポンプ式給湯装置（例えば、特許文献1参照）があり、これ
は、前記給湯運転開始直後においては定常運転時よりもポンプ水量を低下させるものである。
特開２００１−２６３８０２号公報
は、前記給湯運転開始直後においては定常運転時よりもポンプ水量を低下させるものである。
ところが、運転開始時にポンプ流量を低下させることは、ヒートポンプ装置における冷媒の吐出圧力の上昇が発生したり、更に入水温度や要求能力が異なる場合、運転開始時のポンプ流量は常時一定ではないため、入水温度及び要求能力に対し、最適なポンプ流量を決定する必要があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、入水温度、要求能力、外気温度、出湯温度に応じた最適なポンプ流量を決定する為、ヒートポンプ装置の冷媒圧力の上昇を抑制し、圧縮機メカ磨耗等の保護が可能となるヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成されヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記給湯用熱交換器の入水及び出湯温度を検出する入水温度検出手段及び出湯温度検出手段と、前記ポンプの回転数を制御するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータが、認識した要求能力及び目標出湯温度と前記入水温度検出手段によって得た入水温度とに基づいて、前記ポンプの回転数を演算し出力することを特徴とする。
また、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機運転開始から一定時間経過するまで、ホンプ出力を保持することを特徴とする。
また、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、出湯温度検出手段により得られた出湯温度が、所定の温度Ｔａを超えるまで、ホンプ出力を保持することを特徴とする。
さらに、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、外気温度検出手段と、決定されたポンプの回転数を、前記外気温度検出手段が検出する外気温度により補正するポンプ補正手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のヒートポンプ式給湯装置は、入水温度、要求能力、外気温度、出湯温度に応じた最適なポンプ流量を決定する為、ヒートポンプ装置の冷媒圧力の上昇を抑制し、圧縮機メカ磨耗等の保護が可能となる。
第１の発明のヒートポンプ式給湯装置は、インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成されヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記給湯用熱交換器の入水及び出湯温度を検出する入水温度検出手段及び出湯温度検出手段と、前記ポンプの
回転数を制御するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータが、認識した要求能力及び目標出湯温度と前記入水温度検出手段によって得た入水温度とに基づいて、前記ポンプの回転数を演算し出力することにより、入水温度及び要求能力が高い場合でも、最適なポンプ流量を演算し、出力する為、ヒートポンプ装置の冷媒圧力の上昇を抑制し、圧縮機メカ磨耗等の保護が可能となる。
回転数を制御するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータが、認識した要求能力及び目標出湯温度と前記入水温度検出手段によって得た入水温度とに基づいて、前記ポンプの回転数を演算し出力することにより、入水温度及び要求能力が高い場合でも、最適なポンプ流量を演算し、出力する為、ヒートポンプ装置の冷媒圧力の上昇を抑制し、圧縮機メカ磨耗等の保護が可能となる。
第２の発明は、第１の発明のヒートポンプ式給湯装置において、圧縮機運転開始から一定時間経過するまで、ホンプ出力を保持することにより、目標出湯温度へのフィードバック制御への移行が可能となり、所望の出湯温度を正確に得ることが可能となる。
第３の発明は、第１または第２の発明のヒートポンプ式給湯装置において、出湯温度検出手段により得られた出湯温度が、所定の温度Ｔａを超えるまで、ホンプ出力を保持することにより、出湯温度のオーバーシュートを防止できる。出湯温度のオーバーシュートは、ヒートポンプ装置の吐出冷媒圧力の上昇や給湯熱交換器の水配管内のスケール析出発生を伴う為、出湯温度のオーバーシュートを抑制することは機器の保護に効果がある。
第４の発明は、第１〜３の発明のヒートポンプ式給湯装置において、外気温度検出手段と、決定されたポンプの回転数を、前記外気温度検出手段が検出する外気温度により補正するポンプ補正手段とを備えたことにより、低外気温時のヒートポンプ装置の加熱能力の低下を推定し、最適なポンプ流量を出力することが可能である。特に所望の出湯温度に到達するまでの時間短縮に効果がある。
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。
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置と運転制御を示したものである。図１は、インバータ式圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４を冷媒配管１５により環状に接続して構成されヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽１６と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管１８と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプ１７と、前記給湯用熱交換器の入水及び出湯温度を検出する入水温度検出手段３１及び出湯温度検出手段３２と、外気温度を検出する外気温度検出手段３３と、前記ポンプの回転数を制御するマイクロコンピュータ３０とを備えている。図２は、運転制御の全体構成図であり、操作部１と前記外気温度検出手段から要求能力は比較手段３４により、目標出湯温度は比較手段３６により各々要求能力決定手段３５及び目標出湯温度決定手段３７で決定され、前記入水温度検出手段を加えポンプ流量演算手段３８、ポンプ流量補正手段３９、ポンプ流量出力手段４０を経て、ポンプの出力が決定される構成となる。
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置と運転制御を示したものである。図１は、インバータ式圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４を冷媒配管１５により環状に接続して構成されヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽１６と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管１８と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプ１７と、前記給湯用熱交換器の入水及び出湯温度を検出する入水温度検出手段３１及び出湯温度検出手段３２と、外気温度を検出する外気温度検出手段３３と、前記ポンプの回転数を制御するマイクロコンピュータ３０とを備えている。図２は、運転制御の全体構成図であり、操作部１と前記外気温度検出手段から要求能力は比較手段３４により、目標出湯温度は比較手段３６により各々要求能力決定手段３５及び目標出湯温度決定手段３７で決定され、前記入水温度検出手段を加えポンプ流量演算手段３８、ポンプ流量補正手段３９、ポンプ流量出力手段４０を経て、ポンプの出力が決定される構成となる。
次に、本実施の形態１の作用を説明する。図３は、図１及び図２の構成により前記ポンプ流量が決定される説明図である。これによれば、本実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置とその運転制御は、図３より、要求能力３５、目標出湯温度３７、入水温度３１から必要な理論ポンプ流量をポンプ流量演算手段３８により計算し、更に必要なポンプ流量を得る為にポンプ流量補正手段３９によりポンプ出力１００％時の流量を補正し、ポンプ流量出力手段４０により必要なポンプ出力１７が決定される。したがって、要求能力、目標出湯温度、入水温度が変化した場合も、常に理論上必要な流量を演算し、必要なポンプの出力が得られるため、ポンプ流量少によるヒートポンプ装置の冷媒吐出圧力の上昇を抑制し、圧縮機のメカ磨耗防止等の機体保護が可能となる。
（実施の形態２）
図４及び図５は、実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯装置を示したものである。
図４は、実施の形態２における運転制御のフローチャートであり、ポンプ流量出力手段４０にて決定されたポンプ出力を、圧縮機運転開始から一定時間経過するまで保持する構成である。
図４及び図５は、実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯装置を示したものである。
図４は、実施の形態２における運転制御のフローチャートであり、ポンプ流量出力手段４０にて決定されたポンプ出力を、圧縮機運転開始から一定時間経過するまで保持する構成である。
次に、本実施の形態２の作用について説明する。図５は、圧縮機とポンプの動作と吐出冷媒圧力変化の説明図である。これによれば、本実施例のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機開始から一定時間（Ｘ分；約１〜１０分）保持するため、吐出冷媒圧力のオーバーシュートを伴わない。したがって、圧縮機のメカ磨耗防止等の機体保護が可能となる。
（実施の形態３）
図６及び図７は、実施の形態３におけるヒートポンプ式給湯装置の動作を示すフローチャートである。図６は、圧縮機運転がＸ分未満でも、出湯温度検出手段３２により得られた出湯温度Ｔａが目標出湯温度Ｔ２を超過した場合、ポンプ流量出力手段４０にて決定されたポンプ出力での運転ではなく、ポンプ流量フィードバック制御手段４１により、所望の目標出湯温度Ｔ２となるようポンプ出力の可変を行うものである。
図６及び図７は、実施の形態３におけるヒートポンプ式給湯装置の動作を示すフローチャートである。図６は、圧縮機運転がＸ分未満でも、出湯温度検出手段３２により得られた出湯温度Ｔａが目標出湯温度Ｔ２を超過した場合、ポンプ流量出力手段４０にて決定されたポンプ出力での運転ではなく、ポンプ流量フィードバック制御手段４１により、所望の目標出湯温度Ｔ２となるようポンプ出力の可変を行うものである。
次に、本実施の形態３における作用について説明する。図７は、圧縮機及びポンプ動作と吐出冷媒圧力及び出湯温度の動作を実施の形態２と本実施の形態３で比較した説明図である。図７より、現在の出湯温度が目標吐出温度を超過するような場合、速やかにフィードバック制御に移行することで、吐出冷媒圧力のオーバーシュートを防止し、圧縮機の保護が可能となる。また、目標吐出温度ではなく、所望の出湯温度（例えば目標吐出温度―１０）に設定することも同様な効果が得られる。
（実施の形態４）
図８〜図１０は、実施の形態４におけるヒートポンプ式給湯装置の説明図である。図８は、全体構成図であり、外気温度検出手段３３により決定されるポンプ流量決定手段４２により、ポンプ流量出力が決定される構成である。
図８〜図１０は、実施の形態４におけるヒートポンプ式給湯装置の説明図である。図８は、全体構成図であり、外気温度検出手段３３により決定されるポンプ流量決定手段４２により、ポンプ流量出力が決定される構成である。
次に、本実施の形態４における作用について説明する。図９は、本実施の形態４におけるフローチャートを示したものである。図１０は、外気温度とポンプ流量係数との関係を示したものである。図９より、外気温度Ｔｇにおけるポンプ流量係数Ｃを前記ポンプ流量係数決定手段により決定し、ポンプ出力を決定する。図１０より、外気温度が低下すると蒸発器に発生する着霜等により、加熱能力が低下する。したがって、外気温が低下する際の能力不足を前記ポンプ流量決定手段により流量係数Ｃとして補正することで、過剰なポンプ出力ではなく、最適なポンプ出力を与えることで、早く所望の出湯温度を得ることが可能となる。
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機運転開始後の急激な圧力上昇を緩和することで圧縮機の保護を実現し、特に臨界圧力以上まで加圧されるヒートポンプ給湯機や各種ヒートポンプ装置への利用として有用である。
１ 操作部
１１ インバータ式圧縮機
１２ 給湯熱交換器
１３ 減圧装置（電気式膨張弁）
１４ 蒸発器
１５ 冷媒配管
１６ 貯湯槽
１７ ポンプ（ウォータポンプ）
１８ 液体配管
１９ ファン
２０ ファンモータ
３０ マイクロコンピュータ
３１ 入水温度検出手段
３２ 出湯温度検出手段
３３ 外気温度検出手段
３４ 要求能力比較手段
３５ 要求能力決定手段
３６ 目標出湯温度比較手段
３７ 目標出湯温度決定手段
３８ ポンプ流量演算手段
３９ ポンプ流量補正手段
４０ ポンプ流量出力手段
４１ ポンプ流量フィードバック制御手段
４２ ポンプ流量係数決定手段
１１ インバータ式圧縮機
１２ 給湯熱交換器
１３ 減圧装置（電気式膨張弁）
１４ 蒸発器
１５ 冷媒配管
１６ 貯湯槽
１７ ポンプ（ウォータポンプ）
１８ 液体配管
１９ ファン
２０ ファンモータ
３０ マイクロコンピュータ
３１ 入水温度検出手段
３２ 出湯温度検出手段
３３ 外気温度検出手段
３４ 要求能力比較手段
３５ 要求能力決定手段
３６ 目標出湯温度比較手段
３７ 目標出湯温度決定手段
３８ ポンプ流量演算手段
３９ ポンプ流量補正手段
４０ ポンプ流量出力手段
４１ ポンプ流量フィードバック制御手段
４２ ポンプ流量係数決定手段
Claims (4)
- インバータ式圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により環状に接続して構成されヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管と、前記液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記給湯用熱交換器の入水及び出湯温度を検出する入水温度検出手段及び出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と前記ポンプの回転数を制御するマイクロコンピュータを備え、前記マイクロコンピュータが認識した要求能力及び目標出湯温度と前記入水温度検出手段によって得た入水温度によって演算し決定された前記ポンプの回転数を出力し運転することを特徴としたヒートポンプ式給湯装置。
- 運転制御は、圧縮機運転開始から一定時間経過するまで保持することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
- 運転制御は、出湯温度検出手段により得られた出湯温度が所定の温度Ｔａを超えるまで保持することを特徴とする請求項１または請求項２記載のヒートポンプ式給湯装置。
- ヒートポンプ給湯機に外気温度検出手段を備え、運転制御により決定されたポンプの回転数を外気温度により補正するポンプ補正手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４記載のヒートポンプ式給湯装置。
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