JP2005164209A - Heat-pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給湯用の湯を蓄える貯湯タンクとヒートポンプサイクルからなる熱源手段とを備えるヒ―トポンプ給湯装置に関するものであり、特に、ヒートポンプサイクルにおける除霜性能の向上に関する。 The present invention relates to a heat pump hot water supply apparatus including a hot water storage tank for storing hot water for hot water supply and a heat source means including a heat pump cycle, and more particularly to improvement of defrosting performance in the heat pump cycle.
従来、この種のヒ―トポンプ給湯装置として、例えば、特許文献1に示すように、貯湯タンク内の給湯用の湯を加熱する通常運転と、蒸発用熱交換器に付着した霜を取り除く除霜運転とを備えるヒ―トポンプ給湯装置が知られている。この装置では、給湯用の湯を蓄える貯湯タンクと、圧縮機、給湯用熱交換器、電気的に弁開度を調節する減圧手段、および蒸発用熱交換器からなるヒートポンプサイクルと、貯湯タンク内の流体を給湯用熱交換器に循環させる循環ポンプと、蒸発用熱交換器の除霜を行なうための除霜制御手段とを備えている。 Conventionally, as a heat pump hot water supply apparatus of this type, for example, as shown in Patent Document 1, normal operation for heating hot water for hot water in a hot water storage tank, and defrosting for removing frost attached to an evaporation heat exchanger A heat pump water heater having an operation is known. In this apparatus, a hot water storage tank for storing hot water for hot water supply, a heat pump cycle comprising a compressor, a heat exchanger for hot water supply, a pressure reducing means for electrically adjusting the valve opening degree, and a heat exchanger for evaporation, and a hot water tank A circulation pump that circulates the fluid to the hot water supply heat exchanger and a defrost control means for performing defrosting of the evaporation heat exchanger.
そして、除霜運転を行なうときに、除霜制御手段は減圧手段の弁開度を通常運転の時よりも大きく調節し、かつ循環ポンプの運転を停止させるように制御しているとともに、通常運転と除霜運転のいずれにおいても、ヒートポンプサイクルにおいて、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器、の順に冷媒を流すようにしている。 Then, when performing the defrosting operation, the defrosting control unit adjusts the valve opening degree of the decompression unit to be larger than that during the normal operation, and controls to stop the operation of the circulation pump. In both the defrosting operation and the defrosting operation, in the heat pump cycle, the refrigerant flows in the order of the compressor, the hot water heat exchanger, the pressure reducing device, and the heat source heat exchanger.
これによれば、圧縮機より吐出された高温冷媒(ホットガス)が給湯用熱交換器で放出する熱エネルギー量を少なくでき、かつ減圧手段でも減圧による温度低下を小さくできる。その結果、圧縮機より吐出されたホットガスが大きく温度低下することなく蒸発用熱交換器まで到達して蒸発用熱交換器の除霜を行なうことができる。つまり、除霜運転を行なうための機能部品(例えば、四方弁、開閉弁など)を新たに追加させることなくシステムコストの増大を防止できるようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記特許文献1によれば、減圧手段から蒸発用熱交換器に流入されるホットガスの顕熱を用いて除霜するものであって、特に、この種のヒートポンプ給湯装置においては外気温度が低くなると通常運転における霜の付着が増加することで除霜運転における除霜運転時間が長くなる問題がある。 However, according to the above-mentioned Patent Document 1, defrosting is performed using the sensible heat of hot gas flowing into the evaporation heat exchanger from the decompression means. In particular, in this type of heat pump water heater, the outside air temperature When the value becomes low, there is a problem that the defrosting operation time in the defrosting operation becomes longer due to an increase in frost adhesion in the normal operation.
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、除霜運転のときは蒸発用熱交換器にて凝縮作用が生ずるように冷媒を流通させることで、除霜性能の向上が図れるヒ―トポンプ給湯装置を提供することにある。 In view of the above, the object of the present invention is to improve the defrosting performance by allowing the refrigerant to flow through the evaporating heat exchanger so that a condensing action is generated during the defrosting operation. It is to provide a heat pump water heater.
上記、目的を達成するために、請求項1ないし請求項5に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、給水源から給水側に水が供給され、貯湯側に給湯用の湯を蓄える貯湯タンク(10)と、冷媒を圧縮する圧縮機(21)、この圧縮機(21)より吐出された高圧冷媒と貯湯タンク(10)の給水側から取り入れた水とを熱交換する給湯用熱交換器(22)、電気的に弁開度を調節する減圧手段(23)、大気熱を吸熱する蒸発用熱交換器(24)、および冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄えるアキュームレータ(25)を順に環状に冷媒配管で接続された熱源手段(20)とを備えるヒートポンプ給湯装置において、
熱源手段(20)は、給湯用熱交換器(22)の熱交換を停止させて減圧手段(23)を所定弁開度に調節して、蒸発用熱交換器(24)に付着された霜を取り除く除霜運転を行なうときに、圧縮機(21)に吸入される吸入冷媒に湿り度が具備されるように冷凍サイクルを構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the technical means described in claims 1 to 5 are employed. That is, according to the first aspect of the present invention, a hot water storage tank (10) in which water is supplied from a water supply source to the water supply side and hot water for hot water supply is stored on the hot water storage side, a compressor (21) for compressing refrigerant, and the compression A hot water supply heat exchanger (22) for exchanging heat between the high-pressure refrigerant discharged from the machine (21) and the water taken from the water supply side of the hot water storage tank (10), and a decompression means (23 for electrically adjusting the valve opening degree) ), An evaporating heat exchanger (24) that absorbs atmospheric heat, and an accumulator (25) that separates the refrigerant into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant and stores the refrigerant in order and connected in an annular manner with a refrigerant pipe (20) In a heat pump hot water supply apparatus comprising:
The heat source means (20) stops heat exchange of the hot water supply heat exchanger (22), adjusts the pressure reducing means (23) to a predetermined valve opening degree, and frost attached to the evaporation heat exchanger (24). The refrigeration cycle is configured so that the refrigerant sucked into the compressor (21) has a wetness degree when performing the defrosting operation to remove the water.
請求項1に記載の発明によれば、圧縮機(21)に吸入される吸入冷媒に湿り度が具備されるように冷凍サイクルを構成したことにより、除霜運転のときに、積極的に熱交換が行なわれていないアキュームレータ(25)では、圧縮機(21)に吐出される吸入冷媒と蒸発用熱交換器(24)から流出される流出冷媒とが一致するように冷凍サイクルがバランスするため、吸入冷媒に湿り度が具備されることで、蒸発用熱交換器(24)から流出される流出冷媒とが一致する。これは、蒸発用熱交換器(24)にて凝縮作用が発生することで、従来がホットガスによる顕熱のみで除霜していたことよりも凝縮潜熱が加わって除霜される。これにより、本発明の方が除霜性能の向上が図れる。 According to the first aspect of the present invention, the refrigeration cycle is configured so that the suction refrigerant sucked into the compressor (21) has a wetness, so that the heat is positively generated during the defrosting operation. In the accumulator (25) that has not been exchanged, the refrigeration cycle balances so that the suction refrigerant discharged to the compressor (21) and the outflow refrigerant flowing out of the evaporating heat exchanger (24) match. Since the wetness of the suction refrigerant is provided, the refrigerant flowing out from the evaporation heat exchanger (24) matches. This is because the condensation action is generated in the evaporating heat exchanger (24), so that the condensation heat is added and the defrosting is performed rather than the conventional defrosting only by the sensible heat by the hot gas. Thereby, the direction of this invention can aim at the improvement of a defrosting performance.
請求項2に記載の発明では、アキュームレータ(25)は、除霜運転のときに、圧縮機(21)に吐出する吸入冷媒に一部の液相冷媒を沸き上げ運転のときよりも多く吐出するように構成したことを特徴としている。請求項2に記載の発明によれば、具体的には、アキュームレータ(25)を圧縮機(21)に吐出する吸入冷媒に一部の液相冷媒を吐出するように構成したことにより、積極的に熱交換をしていないアキュームレータ(25)の部位では、出口の冷媒状態と入口の冷媒状態とが一致するように冷凍サイクル上バランスする。すなわち、アキュームレータ(25)から液相冷媒が流出した量と、同量の液相冷媒が蒸発用熱交換器(24)からアキュームレータ(25)に流入する。このとき、蒸発用熱交換器(24)では冷媒の凝縮作用が発生し、この凝縮潜熱によって除霜が行なわれている。これにより、従来の顕熱によって除霜していたことよりも凝縮潜熱が加わって除霜される。これにより、本発明の方が除霜性能の向上が図れる。 In the invention according to claim 2, the accumulator (25) discharges a part of the liquid-phase refrigerant to the suction refrigerant discharged to the compressor (21) during the defrosting operation more than during the boiling operation. It is characterized by being configured as described above. According to the invention described in claim 2, specifically, the accumulator (25) is configured to discharge a part of the liquid-phase refrigerant to the suction refrigerant discharged to the compressor (21). In the part of the accumulator (25) that does not perform heat exchange, the refrigerant state at the outlet and the refrigerant state at the inlet are balanced on the refrigeration cycle. That is, the same amount of liquid-phase refrigerant that has flowed out of the accumulator (25) flows into the accumulator (25) from the evaporation heat exchanger (24). At this time, in the heat exchanger for evaporation (24), a refrigerant condensing action is generated, and defrosting is performed by the latent heat of condensation. Thereby, condensation latent heat is added rather than what was defrosted by the conventional sensible heat, and it defrosts. Thereby, the direction of this invention can aim at the improvement of a defrosting performance.
請求項3に記載の発明では、アキュームレータ(25)には、上流端が蓄えられた気相冷媒に開口されて下流端が圧縮機(21)の吸入側に接続される出口配管(254)が設けられ、この出口配管(254)は、除霜運転のときのみに、上流端近傍に蓄えられた一部の液相冷媒に開口するように構成したことを特徴としている。 In the invention according to claim 3, the accumulator (25) has an outlet pipe (254) that is open to the gas-phase refrigerant in which the upstream end is stored and whose downstream end is connected to the suction side of the compressor (21). The outlet pipe (254) provided is characterized in that it is configured to open to some liquid-phase refrigerant stored near the upstream end only during the defrosting operation.
請求項3に記載の発明によれば、アキュームレータ(25)において、除霜運転のときは、冷凍サイクル各所に分布していた液相冷媒がアキュームレータ(25)に流入して液相冷媒の液面が通常運転のときよりも上昇する。そこで、除霜運転のときのみに、上流端近傍に蓄えられた一部の液相冷媒に開口するように構成したことにより、出口配管(254)から圧縮機(21)に吐出する吸入冷媒に一部の液相冷媒を吐出することができる。 According to the third aspect of the present invention, in the accumulator (25), during the defrosting operation, the liquid-phase refrigerant distributed in various places in the refrigeration cycle flows into the accumulator (25) and the liquid level of the liquid-phase refrigerant Is higher than in normal operation. Therefore, only when the defrosting operation is performed, it is configured to open to a part of the liquid-phase refrigerant stored in the vicinity of the upstream end, so that the suction refrigerant discharged from the outlet pipe (254) to the compressor (21) can be reduced. A part of the liquid phase refrigerant can be discharged.
請求項4に記載の発明では、蒸発用熱交換器(24)とアキュームレータ(25)との間には、アキュームレータ(25)に流入する冷媒を除霜運転のときに作動させて加熱する加熱する加熱手段(27)が設けられたことを特徴としている。 In the invention according to claim 4, between the evaporating heat exchanger (24) and the accumulator (25), the refrigerant that flows into the accumulator (25) is activated during the defrosting operation and heated. The heating means (27) is provided.
請求項4に記載の発明によれば、アキュームレータ(25)の出口の冷媒状態は一般的に飽和ガスの状態である。従って、蒸発用熱交換器(24)から流出した冷媒を加熱手段(27)により加熱することでアキュームレータ(25)に流入する入口の冷媒状態を出口の冷媒状態と一致させることができる。これにより、加熱手段(27)の加熱量に相当する量の液相冷媒を蒸発用熱交換器(24)から流出させることができる。従って、蒸発用熱交換器(24)において、冷媒の凝縮作用が発生しこの凝縮潜熱によって除霜を行なえることが可能となる。 According to the invention described in claim 4, the refrigerant state at the outlet of the accumulator (25) is generally a saturated gas state. Therefore, the refrigerant flowing out of the evaporating heat exchanger (24) is heated by the heating means (27), so that the refrigerant state at the inlet flowing into the accumulator (25) can be matched with the refrigerant state at the outlet. As a result, an amount of liquid-phase refrigerant corresponding to the heating amount of the heating means (27) can be caused to flow out of the evaporation heat exchanger (24). Therefore, in the heat exchanger for evaporation (24), a refrigerant condensing action is generated, and defrosting can be performed by the latent heat of condensation.
請求項5に記載の発明では、アキュームレータ(25)には、このアキュームレータ(25)に蓄えられた冷媒を除霜運転のときに作動させて加熱する加熱手段(27)が設けられたことを特徴としている。請求項5に記載の発明によれば、上述した蒸発用熱交換器(24)とアキュームレータ(25)との間の他に、このアキュームレータ(25)の出口配管(254)を除くアキュームレータ(25)本体についても、上述の請求項4と同じように、蒸発用熱交換器(24)から流出した冷媒、つまり、蓄えられた冷媒を加熱手段(27)により加熱することでアキュームレータ(25)に流入する入口の冷媒状態を出口の冷媒状態と一致させることができる。これにより、加熱手段(27)の加熱量に相当する量の液相冷媒を蒸発用熱交換器(24)から流出させることができる。従って、蒸発用熱交換器(24)において、冷媒の凝縮作用が発生しこの凝縮潜熱によって除霜を行なえることが可能となる。 In the invention according to claim 5, the accumulator (25) is provided with heating means (27) for operating and heating the refrigerant stored in the accumulator (25) during the defrosting operation. It is said. According to the fifth aspect of the present invention, the accumulator (25) except for the outlet pipe (254) of the accumulator (25), in addition to the above-described evaporation heat exchanger (24) and the accumulator (25). The main body also flows into the accumulator (25) by heating the refrigerant flowing out of the evaporating heat exchanger (24), that is, the stored refrigerant by the heating means (27), as in the fourth aspect. The refrigerant state at the inlet can be matched with the refrigerant state at the outlet. As a result, an amount of liquid-phase refrigerant corresponding to the heating amount of the heating means (27) can be caused to flow out of the evaporation heat exchanger (24). Therefore, in the heat exchanger for evaporation (24), a refrigerant condensing action is generated, and defrosting can be performed by the latent heat of condensation.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
以下、本発明を適用した第1実施形態のヒートポンプ給湯装置を図1ないし図3に基づいて説明する。図1はヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図2は本実施形態におけるアキュームレータ25の全体構成を示す縦断面図である。本実施形態のヒートポンプ給湯装置は、図1に示すように、熱源手段であるヒートポンプユニット10、給湯用の湯を蓄える貯湯タンク20、ヒートポンプユニット10と貯湯タンク20とを接続する循環水回路30および制御手段である制御装置40などから構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a heat pump hot water supply apparatus according to a first embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a heat pump hot water supply apparatus, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of an
まず、ヒートポンプユニット20は、圧縮機21、給湯用熱交換器22、減圧手段である膨張弁23、蒸発用熱交換器24およびアキュームレータ25を順に環状に冷媒配管26により接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素CO2を使用している。圧縮機21は、内蔵する電動モータ(図示せず)によって駆動され、アキュームレータ25より吸引した吸入冷媒を一般的使用条件において臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。
First, the
そして、給湯用熱交換器22は、圧縮機21より吐出された高温冷媒(ホットガス)と貯湯タンク20内から供給された給湯用の水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路(図示せず)と、給湯用の水が流れる流体通路(図示せず)とを有し、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と流体通路を流れる給湯用の水の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、給湯用熱交換器22を流れる冷媒(CO2)は圧縮機21で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器22を流通する給湯用の水に放熱して温度低下しても凝縮することはない。
The hot water
減圧手段である膨張弁23は、給湯用熱交換器22から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧装置であり、制御装置40によって弁開度を電気的に制御されるようにしている。蒸発用熱交換器24は、膨張弁23で減圧された冷媒を送風機24aによって送風される外気との熱交換によって吸熱される。次に、アキュームレータ25は、蒸発用熱交換器24により蒸発された冷媒を気液分離して液相冷媒を貯留し、気相冷媒のみ圧縮機21に吸引させ、サイクル中の余剰冷媒を蓄えておくものである。
The
ところで、本発明の本実施形態のアキュームレータ25は、後述する除霜運転を行なうときに、出口配管254から圧縮機21に吐出する吸入冷媒に一部の液相冷媒を吐出するように構成している。具体的には、図2に示すように、略円筒形状からなる筒体251とその両端に鏡板252が接合された液相冷媒を貯留する圧力容器であり、上方の鏡板252に入口配管253、下方の鏡板252に出口配管254、および入口配管253の下流端下方に衝突部材255から構成されている。
By the way, the
そして、入口配管253は、下端の開口部が流入した気液混合の冷媒を衝突部材255に衝突するように形成されており、衝突部材255は、入口配管253から流入する気液混合の冷媒を衝突させることで気液分離を促進する部材である。従って、気液分離された液相冷媒は衝突部材255の下方に貯留するようにしている。
The
また、出口配管254には、上方端に開口部254a、その開口部254aの下方近傍に開口孔254b、下方にオイル戻り孔254cが形成されており、通常運転のときは、開口部254aが気相冷媒に連通することで気相冷媒が出口配管254から流出するように構成させ、除霜運転のときは、開口孔254bが液相冷媒に連通することで、気相冷媒に一部の液冷媒を混入させて出口配管254から圧縮機21に流出するように構成させたものである。
The
なお、除霜運転のときには、給湯用熱交換器22の流体通路側を流通する給湯用の水の流通を停止させて、冷凍サイクルを作動させるためアキュームレータ25内には、通常運転のときよりも液相冷媒の上端が開口孔254b近傍まで溜まるようにしている。
In the defrosting operation, the hot water supply water flowing through the fluid passage side of the hot water
ところで、以上の構成によるヒートポンプユニット20は、超臨界ヒートポンプであって、この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、冷媒として、上述の二酸化炭素CO2の他にエチレン、エタン、酸化窒素などを使用しても良い。因みに、この超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温(例えば、85℃〜90℃程度)の給湯用の湯を沸き上げることができる。
By the way, the
次に、貯湯タンク10は、耐食性に優れた金属製(例えば、ステンレス製)からなり、縦長形状に形成され、外周部に図示しない断熱材が配置されており高温の給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。また、その底面には導入口10aが設けられ、この導入口10aには貯湯タンク10内に水道水を導入する給水配管11が接続されている。なお、この給水配管11の上流には図示しない減圧逆止弁および開閉弁を介して上水に接続されて、所定圧の水道水を導入するようになっている。
Next, the hot
一方、貯湯タンク10の最上部には導出口10bが設けられ、この導出口10bには貯湯タンク10内の給湯用の湯を導出するための給湯配管12が接続されている。また、給湯配管12の経路途中には、図示しない逃がし弁を配設した排出配管が接続されており、貯湯タンク10内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク10内の湯を外部に排出して、貯湯タンク10等にダメージを与えないようになっている。
On the other hand, an
さらに、給湯配管12の経路途中には、図示しない湯水混合手段が接続されており、貯湯タンク10内の高温の湯と水道水とを混合させて所定温度の給湯水が得られるようにしている。また、貯湯タンク10の下部には、貯湯タンク10内の水を吸入するための吸入口10cが設けられ、一方、貯湯タンク10の上部には、貯湯タンク10内に沸き上げた湯を吐出する吐出口10dが設けられている。
Furthermore, hot water mixing means (not shown) is connected in the course of the hot
次に、循環水回路30は、給湯用熱交換器22の流体通路(図示せず)に接続される冷水管31a、温水管31b、循環ポンプ32などから構成されている。冷水管31aは上流端が貯湯タンク10の下方部(吸入口10c)に接続され、温水管31bは下流端が貯湯タンク10の上方部(吐出口10d)に接続されている。
Next, the circulating
循環ポンプ32は、冷水管31aに設けられ(温水管31bでも良い)、通電されて回転することにより、貯湯タンク10内の給湯用の水を循環水回路30に流通させる。なお、給湯用の水の流通方向は図1に矢印で示すように、貯湯タンク10内の下方部10c→冷水管31a→給湯用熱交換22の流体通路→温水管31b→貯湯タンク10内の上方部10dへと流れる。
The
次に、制御装置40は、圧縮機21(電動モータ)、送風機24a、膨張弁23、および循環ポンプ32を通電制御して、貯湯タンク10内に蓄えられる給湯用の湯を所定の温度範囲(例えば60〜90℃)になるように沸き上げ運転(以下、通常運転と称す。)をしている。そして、外気温度が低くなってくるとこの通常運転によって、蒸発用熱交換器24に霜が付着することで、通常運転の他に、圧縮機21(電動モータ)、膨張弁23、および循環ポンプ32を通電制御して、蒸発用熱交換器24に付着した霜を取り除くための除霜運転を行なうようにしている。
Next, the
除霜運転は、制御装置40に設けられた除霜制御手段により制御されるものであり、図3に示すフローチャートに基づいて行なわれる。本実施形態では、蒸発用熱交換器24の出口冷媒温度を検出する温度センサ41、および外気温度を検出する外気温度センサ42が設けられており、これらの温度センサ41、42の検出値に基づいて除霜運転を行なっている。一例として、外気温度センサ42の検出値が10℃以下で、かつ温度センサ41の検出値と外気温度センサ42の検出値との温度差が10℃以上のときに除霜運転が開始され、温度センサ41の検出値が10℃以上に上昇したときに除霜運転が終了するようにしている。
The defrosting operation is controlled by a defrosting control means provided in the
次に、以上の構成によるヒートポンプ給湯装置の作動について説明する。貯湯タンク102内の給湯用の水を給湯用熱交換器22に流通させて加熱する通常運転時には、給湯用熱交換器22で加熱された給湯用の湯の温度が所定温度(例えば、85℃)となるように、循環ポンプ32によって給湯用熱交換器22の流体通路を流通する流体流量を制御する。なお、給湯用熱交換器22は、冷媒の流れ方向と流体の流れ方向とが対向するように構成されているので、給湯用熱交換器22内を流れる給湯用の水は、入口から出口に向かうほど温度が上昇する。ヒートポンプサイクル側の膨張弁23は、給湯用熱交換器22の冷媒入口での冷媒圧力(圧縮機21の吐出圧)が、上記の所定温度の湯温を得るために必要な冷媒温度に対応する圧力となるように、制御装置40を通じて膨張弁23の弁開度が制御される。
Next, the operation of the heat pump water heater having the above configuration will be described. During normal operation in which hot water in the hot water storage tank 102 is supplied to the hot
そして、上記の通常運転を行なっているときに、除霜制御手段により除霜運転が行なわれる。以下、図3に示す除霜制御手段のフローチャートに基づいた除霜運転を説明する。まず、図3に示すように、ステップ410にて、通常運転を行なっているか否かを判定する。通常運転を行なっているならば、ステップ420にて、外気温度センサ42の検出値、つまり、外気温度が10℃以下か否かを判定する。ここで、外気温度が10℃以上であれば通常運転を継続する。
And when performing said normal operation, a defrost operation is performed by a defrost control means. Hereinafter, the defrosting operation based on the flowchart of the defrosting control means shown in FIG. 3 will be described. First, as shown in FIG. 3, it is determined in
外気温度が10℃以下であれば、ステップ430にて、温度センサ41の検出値と外気温度センサ42の検出値との温度差、つまり、外気温度と蒸発用熱交換器24の冷媒出口温度との温度差が10℃以上か否かを判定する。ここで、温度差が10℃以下であれば通常運転を継続する。そして、温度差が10℃以上であれば、ステップ440にて、通常運転から除霜運転に切り換えられて、まず、膨張弁23の弁開度を規定値まで開ける。なお、このときの弁開度は、通常運転のときよりも大きく(例えば、全開)する。
If the outside air temperature is 10 ° C. or less, in
そして、ステップ450にて、循環ポンプ32を停止させるとともに、ステップ460にて、圧縮機21の回転数を除霜用回転数に変更する。そして、ステップ470にて、蒸発用熱交換器24の冷媒出口温度が10℃を超えたか否かを判定し、冷媒出口温度が10℃を超えるまで除霜運転を継続する。ここで、冷媒出口温度が10℃を超えたならば、除霜が終了したと判定し、ステップ480にて、膨張弁23の弁開度、循環ポンプ32、および圧縮機21を制御して除霜運転から通常運転に切り換える。これにより、圧縮機21から吐出される高温冷媒が給湯用熱交換器22で放出する熱エネルギー量を少なくでき、かつ膨張弁23での減圧による温度低下を小さくできる。この結果、圧縮機22から吐出された高温冷媒が大きく温度低下することなく蒸発用熱交換器24まで到達して、蒸発用熱交換器24に付着した霜の除霜を行なう。
In
ところで、除霜運転のときの圧縮機21から吐出される高温冷媒には、アキュームレータ25から圧縮機21に流入する気相冷媒に一部の液相冷媒、つまり、湿り度が混入するようにアキュームレータ25の出口配管254を構成させたことにより、気相冷媒に一部の液相冷媒が混入されている。つまり、除霜運転のときは、給湯用熱交換器22を放熱させないことでアキュームレータ25において、冷凍サイクルの各所に分布していた液相冷媒が流入して通常運転のときよりも液相冷媒の液面が上昇する。
By the way, in the high-temperature refrigerant discharged from the
このため、開口孔254aが液相冷媒と連通するとともに、この開口孔254aから一部の液相冷媒が出口配管254に流出されて気相冷媒に混入される。従って、一部の液相冷媒が気相冷媒に混入して圧縮機21に吐出されるため、アキュームレータ25において、出口配管254から吐出する一部の液相冷媒と同量の液相冷媒が入口配管253より流入するようにバランスされることになる。
Therefore, the
これにより、蒸発用熱交換器24において凝縮作用が発生しこのときの凝縮潜熱により除霜が行なわれるものである。なお、以上のように、アキュームレータ25から圧縮機21に流入する吸入冷媒は気相冷媒に一部の液相冷媒が通常運転のときよりも多く混入されることで湿り度を具備した冷媒である。
As a result, a condensing action is generated in the evaporating
以上の第1実施形態のヒートポンプ給湯装置によれば、圧縮機21に吸入される吸入冷媒に湿り度が具備されるようにアキュームレータ25を構成したことにより、除霜運転のときに、給湯用熱交換器22において積極的に熱交換が行なわれていないと、アキュームレータ25では、圧縮機21に吐出される吸入冷媒と蒸発用熱交換器24から流出される流出冷媒とが一致するように冷凍サイクルがバランスするため、吸入冷媒に湿り度が具備されることで、蒸発用熱交換器24から流出される流出冷媒とが一致する。これは、蒸発用熱交換器24にて凝縮作用が発生することで、従来がホットガスによる顕熱のみで除霜していたことよりも凝縮潜熱が加わって除霜される。これにより、本発明の方が除霜性能の向上が図れる。
According to the heat pump hot water supply apparatus of the first embodiment described above, the
具体的には、アキュームレータ25を、圧縮機21に吐出する吸入冷媒に一部の液相冷媒を通常運転より多く吐出するように構成したことにより、積極的に熱交換をしていないアキュームレータ25の部位では、出口の冷媒状態と入口の冷媒状態とが一致するように冷凍サイクル上バランスする。すなわち、アキュームレータ25から液相冷媒が流出した量と、同量の液相冷媒が蒸発用熱交換器24からアキュームレータ25に流入する。このとき、蒸発用熱交換器24では冷媒の凝縮作用が発生し、この凝縮潜熱によって除霜が行なわれている。これにより、従来の顕熱によって除霜していたことよりも凝縮潜熱が加わって除霜される。これにより、顕熱よりも凝縮潜熱の方が除霜性能の向上が図れる。
Specifically, the
また、アキュームレータ25には、上流端が蓄えられた気相冷媒に開口されて下流端が圧縮機21の吸入側に接続される出口配管254が設けられ、この出口配管254は、除霜運転のときのみに、上流端近傍に蓄えられた一部の液相冷媒に開口するように構成したことにより、除霜運転のときは、冷凍サイクル各所に分布していた液相冷媒がアキュームレータ25に流入して液相冷媒の液面が通常運転のときよりも上昇することで、出口配管254から圧縮機21に吐出する吸入冷媒に一部の液相冷媒を吐出することができる。
Further, the
(第2実施形態)
以上の第1実施形態では、除霜運転を行なうときに、給湯用熱交換器22の熱交換を停止させてアキュームレータ25から圧縮機21に吐出する吸入冷媒に一部の液相冷媒が混入されるようにアキュームレータ25を構成させたが、これに限らず、アキュームレータ25では、気相冷媒のみが圧縮機21に吐出するように構成させるとともに、蒸発用熱交換器24の下流側とアキュームレータ25との間に、アキュームレータ25に流入する冷媒を除霜運転のときのみ加熱する加熱手段27を構成させても良い。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, when performing the defrosting operation, the heat exchange of the hot water
具体的には、図4に示すように、蒸発用熱交換器24の下流側とアキュームレータ25との間に、アキュームレータ25に流入する冷媒を除霜運転のときのみ加熱する加熱手段27を設けたものである。これは、加熱手段27により蒸発用熱交換器24にて凝縮された一部の液相冷媒を加熱することで、気相冷媒をアキュームレータ25に流入するように構成することにより、蒸発用熱交換器24では、第1実施形態と同じように、凝縮作用を発生させることができる。なお、図中にしめす符号は第1実施形態と同様の構成は同一の符号を付して説明は省略する。
Specifically, as shown in FIG. 4, heating means 27 is provided between the downstream side of the
以上の第2実施形態のヒートポンプ給湯装置によれば、蒸発用熱交換器24とアキュームレータ25との間には、アキュームレータ25に流入する冷媒を除霜運転のときに作動させて加熱する加熱する加熱手段27が設けられたことにより、アキュームレータ25の出口の冷媒状態は一般的に飽和ガスの状態である。
According to the heat pump hot water supply apparatus of the second embodiment described above, heating is performed between the
従って、蒸発用熱交換器24から流出した冷媒を加熱手段27により加熱することでアキュームレータ25に流入する入口の冷媒状態を出口の冷媒状態と一致させることができる。これにより、加熱手段27の加熱量に相当する量の液相冷媒を蒸発用熱交換器24から流出させることができる。従って、蒸発用熱交換器24において、冷媒の凝縮作用が発生しこの凝縮潜熱によって除霜を行なえることが可能となる。
Accordingly, the refrigerant flowing out of the evaporating
なお、以上の構成では、蒸発用熱交換器24とアキュームレータ25との間に加熱手段27を配設させたが、これに限らず、アキュームレータ25の出口配管254を除くアキュームレータ25本体についても、除霜運転のときに作動する加熱手段27を設けても良い。これによれば、上述と同じように、アキュームレータ25にて、蓄えられた冷媒を加熱手段27により加熱することでアキュームレータ25に流入する入口の冷媒状態を出口の冷媒状態と一致させることができる。これにより、加熱手段27の加熱量に相当する量の液相冷媒を蒸発用熱交換器24から流出させることができる。従って、蒸発用熱交換器24において、冷媒の凝縮作用が発生しこの凝縮潜熱によって除霜を行なえることが可能となる。
In the above configuration, the heating means 27 is disposed between the
(他の実施形態)
以上の第1実施形態では、アキュームレータ25の出口配管254に形成される開口孔254bを開口部254a下方近傍に一つ形成したが、これに限らず、複数個形成しても良い。また、図5に示すように、開口部254aから延びるように開口孔254bを形成しても良い。さらに、出口配管254の上流端が除霜運転時の液面近傍に配置させて、一部の液相冷媒が混入するように開口部254a高さおよび液相冷媒量を調整しても良い。
(Other embodiments)
In the first embodiment described above, one
また、以上の実施形態では、本発明を圧縮機21、給湯用熱交換器22、膨張弁23、蒸発用熱交換器24およびアキュームレータ25などの冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプからなるヒートポンプユニット20に適用したが、これに限らず、一般のヒートポンプサイクルを構成する熱源手段に適用しても良い。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
また、以上の実施形態では、貯湯タンク10内に蓄えられる給湯用の湯は、そのまま飲料水や風呂湯等に使用しても良いが、貯湯タンク10内の湯を飲料水や風呂水を加熱するための熱媒体として使用しても良い。また、貯湯タンク10内の湯は、給湯用だけでなく、床暖房用、室内空調用として使用しても良い。
Moreover, in the above embodiment, hot water for hot water stored in the hot
10…貯湯タンク
20…ヒートポンプユニット(熱源手段)
21…圧縮機
22…給湯用熱交換器
23…膨張弁(減圧手段)
24…蒸発用熱交換器
25…アキュームレータ
27…加熱手段
254…出口配管
10 ... Hot
DESCRIPTION OF
24 ...
Claims (5)
冷媒を圧縮する圧縮機(21)、前記圧縮機(21)より吐出された高圧冷媒と前記貯湯タンク(10)の給水側から取り入れた水とを熱交換する給湯用熱交換器(22)、電気的に弁開度を調節する減圧手段(23)、大気熱を吸熱する蒸発用熱交換器(24)、および冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄えるアキュームレータ(25)を順に環状に冷媒配管で接続された熱源手段(20)とを備えるヒートポンプ給湯装置において、
前記熱源手段(20)は、前記給湯用熱交換器(22)の熱交換を停止させて前記減圧手段(23)を所定弁開度に調節して、前記蒸発用熱交換器(24)に付着された霜を取り除く除霜運転を行なうときに、前記圧縮機(21)に吸入される吸入冷媒に湿り度が具備されるように冷凍サイクルを構成したことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 A hot water storage tank (10) in which water is supplied from the water supply source to the water supply side, and hot water for hot water supply is stored on the hot water storage side;
A compressor (21) for compressing the refrigerant, a hot water supply heat exchanger (22) for exchanging heat between the high-pressure refrigerant discharged from the compressor (21) and water taken from the water supply side of the hot water storage tank (10), Pressure reducing means (23) that electrically adjusts the valve opening, an evaporating heat exchanger (24) that absorbs atmospheric heat, and an accumulator (25) that separates the refrigerant into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant and stores the refrigerant In a heat pump hot water supply device comprising heat source means (20) connected in an annular manner with a refrigerant pipe in order,
The heat source means (20) stops heat exchange of the hot water supply heat exchanger (22), adjusts the pressure reducing means (23) to a predetermined valve opening degree, and supplies the evaporation heat exchanger (24). A heat pump hot water supply apparatus, wherein a refrigeration cycle is configured so that the refrigerant sucked into the compressor (21) has a wetness degree when performing a defrosting operation to remove adhering frost.
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