JP2006258375A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯機の水回路の圧力損失が増加しても、冷媒回路の圧力の上昇を抑制することで、使用性の高いヒートポンプ給湯装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４を順次接続して形成した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器１２にて加熱された温水を貯湯する貯湯槽１６と、前記貯湯槽１６と前記給湯用熱交換器１２との間に配設された搬送手段１７と、前記冷媒回路の温度および／または圧力が所定値以上の場合に前記圧縮機１１の運転を停止させる保護装置２１と、前記搬送手段１７の搬送量および前記保護装置２１の動作を制御する制御手段３０とを備え、前記保護装置２１による前記圧縮機１１の運転停止が生じた場合に、前記搬送手段１７の搬送量を増加させて前記圧縮機１１を再運転させることを特徴とするもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

従来のヒートポンプ式給湯装置の技術としては、特許文献１に記載されたヒートポンプ式給湯装置があり、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

ところが、冷媒回路と貯湯槽を接続する配管が長い場合や曲げ回数が多い場合や、給湯用熱交換器にスケールが析出付着する場合等、水の圧力損失が増加してしまうことで、通常時に対しポンプ流量が減少するため、ヒートポンプ給湯装置の起動時に吐出冷媒圧力が上昇してしまうという課題があった。

本発明は上記課題を解決するもので、給湯機の水回路の圧力損失が増加しても、冷媒回路の圧力の上昇を抑制することで、使用性の高いヒートポンプ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、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続して形成した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器にて加熱された温水を貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽と前記給湯用熱交換器との間に配設された搬送手段と、前記冷媒回路の温度および／または圧力が所定値以上の場合に前記圧縮機の運転を停止させる保護装置と、前記搬送手段の搬送量および前記保護装置の動作を制御する制御手段とを備え、前記保護装置による前記圧縮機の運転停止が生じた場合に、前記搬送手段の搬送量を増加させて前記圧縮機を再運転させることを特徴とするもので、冷媒回路と貯湯槽を接続する配管が長く、また、曲げ回数が多い場合や、給湯用熱交換器にスケールが析出付着する等で水回路の圧力損失が増加した場合においても、冷媒回路の冷媒の圧力の上昇を抑制でき、使用性の高いヒートポンプ給湯装置を提供できる。

本発明によれば、給湯機の水回路の圧力損失が増加しても、冷媒回路の圧力の上昇を抑制することで、使用性の高いヒートポンプ給湯装置を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続して形成した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器にて加熱された温水を貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽と前記給湯用熱交換器との間に配設された搬送手段と、前記冷媒回路の温度および／または圧力が所定値以上の場合に前記圧縮機の運転を停止させる保護装置と、前記搬送手段の搬送量および前記保護装置の動作を制御する制御手段とを備え、前記保護装置による前記圧縮機の運転停止が生じた場合に、前記搬送手段の搬送量を増加させて前記圧縮機を再運転させることを特徴とするもので、冷媒回路と貯湯槽を接続する配管が長く、また、曲げ回数が多い場合や、給湯用熱交換器にスケールが析出付着する等で水回路の圧力損失が増加した場合においても、冷媒回路の冷媒の圧力の上昇を抑制でき、使用性の高いヒートポンプ給湯装置を提供できる。

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、保護装置による圧縮機の運転停止が生じるごとに、前記圧縮機を再運転させるときの搬送手段の搬送量を増加させることを特徴とするもので、水回路の圧力損失の増加に応じた最適な水搬送量を設定することができ、より確実に冷媒回路の冷媒圧力の上昇を抑制でき、圧縮機メカ磨耗等の保護をしつつヒートポンプ装置の運転を行うことが可能となる。

第３の発明は、第１または２の発明のヒートポンプ式給湯装置において、保護装置により圧縮機が運転停止した回数の計測を、前記圧縮機の再起動後の所定時間内にのみ行うことを特徴とするもので、水回路の圧力損失増加以外の要因により圧縮機が停止した場合には、水搬送量を増加しないことで、より確実に水回路の圧力損失の増加に応じた水搬送量を設定することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明のヒートポンプ式給湯装置において、保護装置により圧縮機が運転停止した回数の計測を、電源リセット時以外はクリアしないことを特徴とするもので、水回路の圧力損失の増加に応じた最適な水搬送量が設定されると、次回の運転時から最適な水搬送量でヒートポンプ式給湯装置が運転されるため高圧保護のため圧縮機の運転を停止する必要がなくなり、冷媒回路の冷媒の圧力の上昇抑制による圧縮機メカ磨耗等の保護と所望の出湯温度に到達するまでの時間短縮が可能となる。

第５の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明のヒートポンプ式給湯装置において、外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、保護装置により圧縮機が運転停止した回数の加算値を、前記外気温度検出手段の検出値により補正する補正手段を設けたことを特徴とするもので、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、最適な水搬送量を出力することができ、水回路の圧力損失の増加時の冷媒回路の冷媒の圧力の上昇抑制による圧縮機メカ磨耗等の保護と、所望の出湯温度に到達するまでの時間短縮に実現できる。

第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明のヒートポンプ式給湯装置において、使用する冷媒を二酸化炭素としたものであり、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。

また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。

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。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図３は、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た冷媒回路と、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搬送する搬送手段であるポンプ１７と、前記インバータ式圧縮機１１の吐出圧力検知手段２１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を備えている。

図２は、運転制御図であり、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。また、インバータ式圧縮機１１の保護装置である吐出圧力検知手段２１の検知値が所定値に達した場合には、高圧保護のため圧縮機の運転を停止するという高圧保護制御手段２２を有している。なお、保護装置は、前記吐出圧力検知手段２１に加え、吐出温度検知手段やインバータ式圧縮機１１の表面温度検知手段でもよいし、またそれぞれ単独でもよい。

次に、この動作、作用について説明する。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。

ここで、冷媒回路と貯湯槽１６を接続する液体配管１８が長く曲げ回数が多い場合や給湯用熱交換器１２にスケールが析出付着する等で、液体配管１８等の水回路の圧力損失が増加してしまうと、通常時に対しポンプ流量が減少するため、ヒートポンプ給湯機の起動時に吐出冷媒圧力が上昇し、吐出圧力検知手段２１で吐出圧力が設計圧に達したと判断した場合には、高圧保護制御手段２２により圧縮機の運転を停止し、ポンプ回転数を所定の回転数α（例では１→１．２）加算して再運転するためヒートポンプ給湯機の起動時に吐出冷媒圧力の上昇を防ぐことができる。

したがって、要求能力、目標出湯温度、入水温度が変化したり、水の圧力損失が増加した場合でも、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。

また、使用する冷媒を二酸化炭素としたものであり、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。

図４は、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置の運転制御のフローチャートであり、吐出圧力検知手段２１で吐出圧力が設計圧に達したと判断した場合には、高圧保護制御手段２２により圧縮機の運転を停止し、吐出圧力が設計圧に達し高圧保護のため圧縮機の運転を停止した回数をカウント（計測）し、カウント数Ｎに応じてポンプ回転数を加算（加算値αはＮ＝０のときα＝１．０、Ｎ＝１のときα＝１．２、Ｎ＝２のときα＝１．４…）するという構成である。

次に、この動作、作用について説明する。設計圧に達し高圧保護のため圧縮機１１の運転を停止した回数をカウントし、カウント数Ｎに応じてポンプ回転数を加算するため、水の圧力損失の増加している場合には、増加具合に応じた最適なポンプ流量を設定することが可能となり、より確実に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をしつつヒートポンプ装置の運転を行うことが可能となる。

図５は、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置の他の運転制御のフローチャートであり、吐出圧力検知手段２１で吐出圧力が設計圧に達したと判断した場合には、高圧保護制御手段２２により圧縮機の運転を停止し、吐出圧力が設計圧に達し高圧保護のため
圧縮機の運転を停止した回数のカウントを圧縮機再起動後所定時間Ｘ分以内の場合には行い、圧縮機再起動後所定時間Ｘ分以上の場合にはカウントしないというものである。

したがって、水の圧力損失増加以外の要因による高圧保護のため圧縮機１１が停止した場合（例えば貯湯槽１６の沸き上げ完了直前の入水温度の急上昇）等にはポンプ回転数を加算しないため、水の圧力損失が増加していないのにポンプ流量を加算して所望の出湯温度を得るのに時間を要したりすることがなくなり、より確実に水の圧力損失の増加に応じた最適なポンプ流量を設定することが可能となる。

また、吐出圧力検知手段２１で吐出圧力が設計圧に達したと判断した場合には、高圧保護制御手段２２により圧縮機１１の運転を停止し、吐出圧力が設計圧に達し高圧保護のため圧縮機１１の運転を停止した回数のカウントを電源リセット時以外はクリアしないしないというものもある。

これにより、一度、水の圧力損失の増加に応じた最適なポンプ流量が設定されると、次回の運転時からは最適なポンプ流量でヒートポンプ式給湯装置が運転されることになるため、高圧保護のため圧縮機の運転が停止されることがなくなり、ヒートポンプ装置の冷媒圧力の上昇抑制による圧縮機メカ磨耗等の保護と所望の出湯温度に到達するまでの時間短縮が可能となる。

図６は、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置の他の運転制御図であり、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４１により、ポンプ流量出力が決定される構成である。次に、本実施の形態における作用について説明する。図７は、このフローチャートを示したものである。図８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７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８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、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り、水の圧力損失の増加時のヒートポンプ装置の冷媒圧力の上昇抑制による圧縮機メカ磨耗等の保護と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。

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。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成概略図 同ヒートポンプ式給湯装置の運転制御図 同ヒートポンプ式給湯装置の運転制御フローチャート 同ヒートポンプ式給湯装置の他の運転制御フローチャート 同ヒートポンプ式給湯装置の他の運転制御フローチャート 同ヒートポンプ式給湯装置の他の運転制御図 同ヒートポンプ式給湯装置の他の運転制御フローチャート 同ヒートポンプ式給湯装置の運転動作説明図

符号の説明

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（搬送手段）
１８ 液体配管
２１ 吐出圧力検知手段（保護装置）
２２ 高圧保護制御手段
３０ マイクロコンピュータ（制御手段）

Claims (6)

1. 圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続して形成した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器にて加熱された温水を貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽と前記給湯用熱交換器との間に配設された搬送手段と、前記冷媒回路の温度および／または圧力が所定値以上の場合に前記圧縮機の運転を停止させる保護装置と、前記搬送手段の搬送量および前記保護装置の動作を制御する制御手段とを備え、前記保護装置による前記圧縮機の運転停止が生じた場合に、前記搬送手段の搬送量を増加させて前記圧縮機を再運転させることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 保護装置による圧縮機の運転停止が生じるごとに、前記圧縮機を再運転させるときの搬送手段の搬送量を増加させ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。
3. 保護装置により圧縮機が運転停止した回数の計測を、前記圧縮機の再起動後の所定時間内にのみ行うことを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 保護装置により圧縮機が運転停止した回数の計測を、電源リセット時以外はクリアしないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、保護装置により圧縮機が運転停止した回数の加算値を、前記外気温度検出手段の検出値により補正する補正手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ式給湯装置。

Images