JP2007040555A - Heat pump type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、除霜運転時の冷凍サイクルおよび制御技術に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle and control technology during a defrosting operation.
従来、この種のヒートポンプ式給湯機は、蒸発器に着霜すると、除霜運転を行う(例えば、特許文献1参照)。以下図面を用いて、従来のヒートポンプ式給湯機を説明する。 Conventionally, this type of heat pump type hot water heater performs a defrosting operation when the evaporator is frosted (see, for example, Patent Document 1). A conventional heat pump type water heater will be described below with reference to the drawings.
図7は、従来のヒートポンプ式給湯機の構成を示す図である。図7に示すように、ヒートポンプ式給湯機100は、タンクユニット101とヒートポンプユニット102から構成される。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a conventional heat pump type hot water heater. As shown in FIG. 7, the heat pump type water heater 100 includes a
タンクユニット101は、貯湯槽103、循環ポンプ104、混合弁105、流量調整弁106で構成されている。貯湯槽103の底部配管から、流量調整弁106を介して水道管などの水供給配管に接続されている。また貯湯槽103の底部配管から、循環ポンプ104を介して給湯用熱交換器107の水用配管の流入側と接続されている。また、貯湯槽103の上部循環用配管は、水用配管の流出側と接続されている。
The
ヒートポンプユニット102は、給湯用熱交換器107、膨張弁108A、キャピラリチューブ108B、蒸発器109、圧縮機110を順次冷媒配管111で接続して構成されている。また、蒸発器109の吸入空気の温度を検出する温度センサ112、蒸発器109の出口付近の温度を検知する温度センサ113が配設されている。
The heat pump unit 102 is configured by sequentially connecting a hot water
このように構成された、従来のヒートポンプ式給湯機100の給湯運転の動作について以下に説明する。 The operation of the hot water supply operation of the conventional heat pump type hot water heater 100 configured as described above will be described below.
貯湯槽103からの運転信号を受信してヒートポンプユニット102の運転が開始される。ヒートポンプユニット102では、圧縮機110で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器107で放熱し、膨張弁108Aおよびキャピラリチューブ108Bで減圧された後、蒸発器109にて吸熱し、ガス状態で圧縮機110に吸入される。
The operation signal from the hot
一方、循環ポンプ104の運転により、貯湯槽103内の水は、底部配管を通って水用配管に導かれ、水用配管で加熱された温水は、上部循環用配管を通って貯湯槽103に戻される。
On the other hand, by the operation of the
次に、従来のヒートポンプ式給湯機100の除霜運転の動作について説明する。 Next, the operation of the defrosting operation of the conventional heat pump type hot water heater 100 will be described.
除霜運転開始後、循環ポンプ104で制御する流量は、小流量とし、給湯用熱交換器107で除霜用の熱量を放熱しないようにしている。その後、膨張弁108Aを最大開度にして、圧縮機110の運転周波数を高くして運転している。そして温度センサ113の状況に応じて、除霜運転を終了し、通常の給湯運転を再開する。
しかしながら、前記従来の技術のような除霜運転終了後には、急速にヒートポンプ式給湯機の能力を立ち上げなければならない。急速にヒートポンプ式給湯機の能力を立ち上げるためには、給湯運転時の最高運転周波数で圧縮機を運転することが考えられるが、除霜
運転終了後すぐに、最高運転周波数で運転を開始すると、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が上昇し、設計圧力を超えてしまうという課題があった。
However, after the defrosting operation as in the prior art is completed, the capability of the heat pump type hot water heater must be rapidly increased. In order to quickly start up the capacity of the heat pump type hot water heater, it is conceivable to operate the compressor at the maximum operating frequency during hot water supply operation, but if the operation is started at the maximum operating frequency immediately after the defrosting operation is completed. There has been a problem that the pressure of the refrigerant discharged from the compressor rises and exceeds the design pressure.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing a reliable heat pump type hot water heater.
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ回路と、前記給湯用熱交換器にて湯を生成する給湯回路と、前記圧縮機の動作を制御する制御手段とを備え、前記蒸発器の除霜運転終了後、前記圧縮機は、所定時間だけ給湯運転時の最高運転周波数では運転しないものである。 In order to solve the conventional problems, a heat pump type hot water heater of the present invention includes a compressor, a hot water heat exchanger, a decompression means, a heat pump circuit in which an evaporator is sequentially connected by a refrigerant pipe, and the hot water heat exchanger. A hot water supply circuit for generating hot water and a control means for controlling the operation of the compressor, and after the defrosting operation of the evaporator, the compressor has a maximum operating frequency during a hot water supply operation for a predetermined time. I don't drive.
これによって、ヒートポンプ式給湯機が、除霜運転終了後に通常運転を開始した時、通常運転時の圧縮機の周波数が、除霜運転時の圧縮機の周波数よりも高く設定されている場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力の上昇を抑制することができる。 Thereby, when the heat pump type hot water heater starts normal operation after completion of the defrosting operation, even when the frequency of the compressor during normal operation is set higher than the frequency of the compressor during defrosting operation, An increase in the pressure of the refrigerant discharged from the compressor can be suppressed.
本発明は、信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。 The present invention can provide a heat pump type hot water heater with high reliability.
第1の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ回路と、前記給湯用熱交換器にて湯を生成する給湯回路と、前記圧縮機の動作を制御する制御手段とを備え、
前記蒸発器の除霜運転終了後、前記圧縮機は、所定時間だけ給湯運転時の最高運転周波数では運転しないことを特徴とするものである。これによって、ヒートポンプ式給湯機が、除霜運転終了後に通常運転を開始した時に、通常運転時の圧縮機の周波数が、除霜運転時の圧縮機の周波数よりも高く設定されている場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力の上昇を抑制することができるので、圧縮機を構成する部品の磨耗などを防ぎ、信頼性を向上させることができる。
A first invention includes a heat pump circuit in which a compressor, a hot water supply heat exchanger, a decompression unit, and an evaporator are sequentially connected by a refrigerant pipe, a hot water supply circuit that generates hot water in the hot water supply heat exchanger, and the compressor Control means for controlling the operation of
After the defrosting operation of the evaporator, the compressor does not operate at a maximum operation frequency during a hot water supply operation for a predetermined time. Thereby, when the heat pump water heater starts normal operation after completion of the defrosting operation, even when the frequency of the compressor during normal operation is set higher than the frequency of the compressor during defrosting operation, Since an increase in the pressure of the refrigerant discharged from the compressor can be suppressed, wear of parts constituting the compressor can be prevented and reliability can be improved.
第2の発明は、特に第1の発明において、圧縮機の運転周波数の上限値を、段階的に上昇させることを特徴とするものである。これによって、圧縮機を構成する部品の磨耗などを防ぎ、かつ除霜運転終了後の給湯運転能力の立ち上がりが早くなる。 The second invention is characterized in that, in particular, in the first invention, the upper limit value of the operating frequency of the compressor is increased stepwise. As a result, wear of parts constituting the compressor is prevented, and the hot water supply operation capacity rises quickly after the defrosting operation is completed.
第3の発明は、特に第1もしくは2の発明において、ヒートポンプ回路で使用される冷媒が、二酸化炭素であることを特徴とするものである。これによって、水または空気を加熱するために、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器内の水により熱を奪われても、凝縮することがない。したがって、給湯用熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くすることができる。 The third invention is characterized in that, in particular, in the first or second invention, the refrigerant used in the heat pump circuit is carbon dioxide. As a result, the refrigerant in the hot water supply heat exchanger is pressurized to a critical pressure or higher in order to heat water or air, so it will condense even if heat is taken away by the water in the hot water supply heat exchanger. There is nothing. Therefore, it becomes easy to form a temperature difference between the refrigerant and water over the entire area of the heat exchanger for hot water supply, high-temperature hot water can be obtained, and heat exchange efficiency can be increased.
しかしながら、冷媒に二酸化炭素を用いることで、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧される。そのため、上記第1、第2の発明を用いることで、冷媒が臨界圧力以上に加圧されたとしても、圧縮機を構成する部品の磨耗などを防ぎ、信頼性を向上させることができる。 However, by using carbon dioxide as the refrigerant, the refrigerant in the hot water heat exchanger is pressurized to a critical pressure or higher. Therefore, by using the first and second inventions described above, even if the refrigerant is pressurized to a critical pressure or higher, it is possible to prevent wear of components constituting the compressor and improve reliability.
また比較的安価であり安定な二酸化炭素を冷媒に使用することで、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。さらに二酸化炭素は、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することができる。
In addition, by using relatively inexpensive and stable carbon dioxide for the refrigerant, it is possible to reduce the product cost and improve the reliability. Furthermore, since carbon dioxide has an ozone depletion coefficient of zero and a global warming coefficient of about 1/700 of the alternative refrigerant HFC-407C, it can provide a product that is friendly to the global environment.
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って本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるヒートポンプ式給湯機の構成を表す図であり、図2は、本発明の実施の形態1におけるヒートポンプ式給湯機の制御を表す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a heat pump type hot water heater in
図1において、ヒートポンプ式給湯機は、貯湯槽16、ウォータポンプ17、給湯用熱交換器12を配管18で順次環状に接続した循環回路と、圧縮機11、給湯用熱交換器12、減圧手段である電磁膨張弁13、蒸発器14を冷媒配管15で順次環状に接続したヒートポンプ回路で構成され、圧縮機11から吐出する冷媒の温度を検出する第1の温度検出手段である温度センサ31と、蒸発器14の出口付近の冷媒の温度を検出する第2の温度検出手段である温度センサ32がヒートポンプ回路上に配設されている。また、温度センサ31および32、電磁膨張弁13はマイクロコンピュータ30によって制御される。また、圧縮機11は、アキュームレータのない構成であるので、小型かつ軽量である。また、ヒートポンプ回路に流通させる冷媒は二酸化炭素を用いている。
In FIG. 1, a heat pump type water heater includes a hot
なお、本実施の形態において、減圧手段を電磁膨張弁としているが、これに限ることなく、温度に応じて開度を決定できるような減圧手段であればよい。また、使用する冷媒も二酸化炭素に限るものではなく、臨界圧力以上に加圧される冷媒であれば同様の効果を奏する。また、温度センサ31および32、電磁膨張弁13は、マイクロコンピュータ30によって制御されているが、マイクロコンピュータ30は、ひとつに限らず、複数のマイクロコンピュータを用いて制御してもよい。また、本実施の形態では蒸発器の冷媒の温度を検出するのに、蒸発器14の出口付近の冷媒の温度を検出しているが、低圧であることを検知できればよいため、蒸発器14の出口に限定されることはなく、蒸発器14の中間地点や入口の冷媒の温度を検出してもよい。
In this embodiment, the pressure reducing means is an electromagnetic expansion valve. However, the pressure reducing means is not limited to this, and any pressure reducing means that can determine the opening degree according to the temperature may be used. Further, the refrigerant to be used is not limited to carbon dioxide, and the same effect can be obtained as long as the refrigerant is pressurized to a critical pressure or higher. Further, the
次に、図2を用いて、ヒートポンプ式給湯機の制御について説明する。前記温度センサ31で検出される圧縮機11から吐出する冷媒の温度を、所望の温度に制御するため、温度センサ31で検出される温度に基づいて、電磁膨張弁13の開度が減圧装置制御手段33によって制御される。また前記温度センサ32で検出される温度に基づいて、電磁膨張弁13の開度が減圧装置制御手段33によって制御され、圧縮機11の運転が圧縮機運転周波数制御手段34によって制御される。なお、減圧装置制御手段33および圧縮機運転周波数制御手段34には、マイクロコンピュータ30を用いている。
Next, the control of the heat pump type hot water heater will be described with reference to FIG. In order to control the temperature of the refrigerant discharged from the
以上のように構成された、ヒートポンプ式給湯機について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the heat pump type water heater configured as described above will be described below.
図3は、本発明の実施の形態1におけるヒートポンプ式給湯機の圧縮機の周波数制御の流れを示すフローチャートである。まずステップ1において、ヒートポンプ式給湯機の除霜運転終了後、圧縮機11の目標運転周波数が上昇する等の制御開始条件が成立した場合に、圧縮機11の最高運転周波数を、ある所定時間だけ所定値に制限する制御を行う。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of frequency control of the compressor of the heat pump type hot water heater in
ステップ2において、タイマーをスタートするとともに、圧縮機11の運転周波数に上限値を設け、圧縮機11の運転周波数の上昇を所定時間抑制する。つまり圧縮機11が、給湯運転時に最高運転周波数で運転しないように、ある所定時間だけ抑制する。
In
ステップ3において、タイマーが所定時間経過したかどうかの判断を行い、所定時間経
過していなければ、ステップ2に戻り本制御を継続させるが、所定時間経過していれば、ステップ4に進み、本制御を終了し、通常の給湯運転に戻る。
In step 3, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed. If the predetermined time has not elapsed, the process returns to step 2 to continue the present control. The control is terminated and the normal hot water supply operation is resumed.
図4は、本発明の実施の形態1におけるヒートポンプ式給湯機の圧縮機の動作を示すグラフであり、点線を従来制御、実線を本制御として、比較している。図4において、従来技術では、圧縮機11からの吐出冷媒の圧力が設計圧力を超えて、システムがダウンしていたものが、本発明の制御を用いることで、圧縮機11の運転周波数の上限値を抑制しているので、吐出圧力も、設計圧力を超えていない。
よって本発明を用いることで、圧縮機11からの吐出冷媒の温度および圧力のオーバーシュートを防いでいることが分かる。また従来は、圧縮機からの吐出冷媒の温度および圧力が上昇することで圧縮機が停止し、圧縮機が再起動する時間を要すると共に、圧縮機の熱容量が減少するため立ち上がりに長時間が必要となり、給湯効率が悪化するといった課題があったが、その課題も解消され、除霜運転終了後にスムーズに給湯運転への移行が可能となる。
FIG. 4 is a graph showing the operation of the compressor of the heat pump type hot water heater according to
Therefore, it turns out that the overshoot of the temperature and pressure of the refrigerant | coolant discharged from the
以上のように、本発明の実施の形態1においては、除霜運転終了後に、圧縮機11の運転周波数に上限値を設けて所定時間運転することで、除霜時の運転周波数よりも高い運転周波数で運転する場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力上昇を防止し、圧縮機モータ過電流による圧縮機停止を防止でき、圧縮機の磨耗などを防ぎ、冷凍サイクルを構成する機器の保護が可能となる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, after the defrosting operation is completed, the operation frequency higher than the operation frequency at the time of defrosting is set by providing an upper limit value for the operation frequency of the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2におけるヒートポンプ式給湯機は、実施の形態1と同じ構成であり、同じ部位には同じ記号を付して、その説明を省略する。以下、実施の形態2における動作、作用について説明する。
(Embodiment 2)
The heat pump type water heater in the second embodiment of the present invention has the same configuration as that of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference symbols and description thereof is omitted. Hereinafter, the operation and action in the second embodiment will be described.
図5は、本発明の実施の形態2におけるヒートポンプ式給湯機の圧縮機の周波数制御の流れを示すフローチャートである。まずステップ1において、ヒートポンプ式給湯機の除霜運転終了後、圧縮機11の目標運転周波数が上昇する等の制御開始条件が成立した場合に、圧縮機11の運転周波数を、ある所定時間だけ所定値に制限する制御を行う。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of frequency control of the compressor of the heat pump type hot water heater in
ステップ2において、タイマーをスタートするとともに、現在の圧縮機11の運転周波数をαとして記憶し、タイマーのカウントがある所定時間Tに達するまで、圧縮機11の最高運転周波数をα+βとして運転する。つまりある所定時間Tの間は、圧縮機11の最高運転周波数がα+βに制限され、それ以上では運転しないように、抑制されている。
In
ステップ3において、タイマーのカウントが所定時間Tを経過したかどうかの判断を行い、所定時間Tを経過していなければ、圧縮機11の最高運転周波数をα+βのまま運転を継続させるが、所定時間Tを経過していれば、ステップ4に進む。
In step 3, it is determined whether the count of the timer has passed a predetermined time T. If the predetermined time T has not passed, the operation is continued with the maximum operating frequency of the
ステップ4において、現在の圧縮機11の運転周波数が、目標運転周波数に達しているかどうかを判断し、目標運転周波数に達していなければ、ステップ2に戻り、新たにβだけ上限値を増加させ、本制御を継続するが、目標運転周波数に達していれば、本制御は終了し、通常の給湯運転に戻る。
In Step 4, it is determined whether or not the current operating frequency of the
図6は、本発明の実施の形態2におけるヒートポンプ式給湯機の圧縮機の動作を示すグラフであり、点線を従来制御、実線を本制御として、比較している。図6において、従来技術では、圧縮機11からの吐出冷媒の圧力が設計圧力を超えて、システムがダウンしていたものが、本制御では、所定時間Tごとに圧縮機11の周波数をαしか上昇させていないため、圧縮機の吐出圧力も、設計圧力を超えていない。
FIG. 6 is a graph showing the operation of the compressor of the heat pump type hot water heater according to
よって本発明を用いることで、圧縮機11からの吐出冷媒の温度および圧力のオーバーシュートを防いでいることが分かる。また従来は、圧縮機からの吐出冷媒の温度および圧力が上昇することで圧縮機が停止し、圧縮機が再起動する時間を要すると共に、圧縮機の熱容量が減少するため立ち上がりに長時間が必要となり、給湯効率が悪化するといった課題があったが、その課題も解消され、除霜運転終了後にスムーズに給湯運転への移行が可能となる。
Therefore, it turns out that the overshoot of the temperature and pressure of the refrigerant | coolant discharged from the
以上のように、本発明の実施の形態2においては、除霜運転終了後に、圧縮機11の運転周波数の上限値を段階的に設けて所定時間運転することで、除霜時の運転周波数よりも高い運転周波数で運転する場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力上昇を防止し、圧縮機モータ過電流による圧縮機停止を防止でき、圧縮機の磨耗などを防ぎ、冷凍サイクルを構成する機器の保護が可能となる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, after the defrosting operation is completed, the upper limit value of the operation frequency of the
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ式給湯機は、圧縮機から吐出される冷媒の圧力上昇を防止し、冷凍サイクルを構成する機器の保護が可能となるので、ヒートポンプ式給湯機だけに限らず、冷凍サイクルを用いるものであれば、本発明は適用できる。 As described above, the heat pump type hot water heater according to the present invention prevents an increase in the pressure of the refrigerant discharged from the compressor and can protect the equipment constituting the refrigeration cycle, and thus is limited to the heat pump type hot water heater. However, the present invention can be applied as long as it uses a refrigeration cycle.
11 圧縮機
12 給湯用熱交換器
13 電磁膨張弁
14 蒸発器
15 冷媒配管
16 貯湯槽
17 ウォータポンプ
18 配管
30 マイクロコンピュータ
31 温度センサ
32 温度センサ
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- 2005-08-01 JP JP2005222374A patent/JP2007040555A/en active Pending
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