JP2007155157A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減し、圧力上昇を防止できるヒートポンプ給湯装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、絞り開度を可変し流量を制御できる絞り装置３３、蒸発器３４を順次接続した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器３２に接続された給湯回路とを備え、前記圧縮機３１の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ５４と、前記給湯用熱交換器３２に流入する水の温度を検知する入水温度センサ５１と、前記給湯用熱交換器３２を流出する給湯水の温度を検知する出湯温度センサ５２と、外気温度を検知する外気温度センサ５３と、前記絞り装置３３の開度を制御する制御装置５５とを有し、前記絞り装置３３の開度は、前記各センサの検知値に基づいて前記制御装置５５にて決定される。
【選択図】図１

Description

本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関する。

従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、図３に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。図３は従来のヒートポンプ給湯機のブロック図である。図３において、ヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、絞り装置３、蒸発器４からなる冷媒循環回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記給湯用熱交換器２を接続した給湯回路からなる。

運転を開始すると、循環ポンプ６が運転され、貯湯槽５から給湯用熱交換器２に流入する入水温度が計測され、室外気温、入水温度と出湯目標温度により、圧縮機１の運転周波数、絞り装置３の初期開度が決定され、圧縮機１が運転開始する。圧縮機１より吐出された冷媒は次第に高温高圧の過熱ガス冷媒となり、給湯用熱交換器２に流入し、ここで循環ポンプ６から送られてきた給湯水を加熱する。

そして、凝縮液化した冷媒は絞り装置３で減圧され、蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、給湯用熱交換器２で加熱された湯は貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、給湯用熱交換器２の入口水温が設定値に達すると出湯温度検知器２０が検知し、圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止するものである。
特開昭６０−１６５１５７号公報

しかしながら、上記のような従来の構成では、機器の保護制御により、圧縮機１が停止し、一定時間後に圧縮機１は再起動するが、圧縮機１の温度は高い状態であり、圧縮機１の運転周波数、絞り装置３の初期開度は一定値であるため、圧縮機１の吐出冷媒圧力が急激に上昇し、圧力スイッチなどの保護制御が動作して、沸き上げ運転を行うことができないという課題がある。

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減し、圧力上昇を防止できるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

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給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、絞り開度を可変し流量を制御できる絞り装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサと、前記給湯用熱交換器に流入する水の温度を検知する入水温度センサと、前記給湯用熱交換器を流出する給湯水の温度を検知する出湯温度センサと、外気温度を検知する外気温度センサと、前記絞り装置の開度を制御する制御装置とを有し、前記絞り装置の開度は、前記各センサの検知値に基づいて前記制御装置にて決定されることを特徴とするもので、これによって、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減し、圧力上昇を防止できる。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減し、急激な圧力上昇を防止し、ヒートポンプを安全にかつ高効率で運転できる。

第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、絞り開度を可変し流量を制御できる絞り装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサと、前記給湯用熱交換器に流入する水の温度を検知する入水温度センサと、前記給湯用熱交換器を流出する給湯水の温度を検知する出湯温度センサと、外気温度を検知する外気温度センサと、前記絞り装置の開度を制御する制御装置とを有し、前記絞り装置の開度は、前記各センサの検知値に基づいて前記制御装置にて決定されることを特徴とするもので、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減し、圧力上昇を防止できる。

第２の発明は、第１の発明の吐出温度センサで検知した吐出冷媒温度が設定値以上の場合に、冷媒回路の絞り装置の絞り開度を開方向に動作させるように制御することとしたので、より精度良く冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減し、急激な圧力上昇を防止できる。さらに、圧縮機の再起動時に圧縮機の急激な吐出圧力上昇を抑え、異常温度上昇もなく、給湯運転を可能とするものである。

第３の発明は、第１の発明の冷媒回路に圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する吐出圧力センサを設け、吐出圧力センサで検知した吐出冷媒圧力が設定値以上の場合に、絞り装置の開度を開方向に動作させるように制御するので、より精度良く冷媒回路の圧縮機の吐出圧力のや吐出温度を低減し、急激な圧力上昇を防止できる。さらに、圧縮機の再起動時に圧縮機の急激な吐出圧力上昇を抑え、異常温度上昇もなく、給湯運転を可能とするものである。

第４の発明は、第１から３の発明の冷媒回路の冷媒として炭酸ガスを用いたので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。

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って本発明が限定されるものではない。なお、各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。

図１において、圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、絞り装置３３、蒸発器３４を順に環状に接続し、冷媒として炭酸ガスを封入して冷媒循環回路を形成し、蒸発器３４は、外気を送風するためのファン３５を備えている。また、貯湯槽４１、循環ポンプ４２、給湯用熱交換器３２を順に接続した給湯回路を形成しており、圧縮機３１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ４２から送られてきた水を加熱するようになっている。

また、給湯用熱交換器３２に流入する入水温度を検知する入水温度センサ５１と給湯用熱交換器３２から流出する出湯温度を検知する出湯温度センサ５２と室外気温を検知する室外気温センサ５３、圧縮機３１の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ５４を設け、圧縮機３１の運転周波数や絞り装置３３の開度、ファン３５の回転数、循環ポンプ４２の回転数を制御する制御装置５５を設置している。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明す
る。

通常の運転時では、ヒートポンプ給湯装置の運転を開始すると、循環ポンプ４２が運転され、入水温度センサ５１により貯湯槽４１から給湯用熱交換器３２に流入する入水温度が計測され、室外気温センサ５３により室外気温が計測され、吐出温度センサ５４により圧縮機３１の吐出冷媒温度が計測され、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度と出湯目標温度により、圧縮機３１の運転周波数、絞り装置３３の初期開度Ｐ1はあらかじめ設定されたテーブルから選択し、決定され、圧縮機３１の運転が開始される。圧縮機３１より吐出された冷媒は、圧縮機３１運転開始時は低温低圧の冷媒であるが、圧縮機３１の回転数の増加に伴い、次第に高温高圧の過熱ガス冷媒となる。

そして、高温高圧となった冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ４２から送られてきた水と熱交換し加熱する。そして、冷媒は中温高圧となり、絞り装置３３で減圧された後、蒸発器３４に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１にもどる。一方、循環ポンプ４２で送られた給湯水は給湯用熱交換器３２で加熱され、生成した湯は貯湯槽４１の上部に流入し、上から次第に貯湯されて行き、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽４１内のに湯が貯まって行く。

沸き上げ運転完了近くになると、貯湯槽４１下部より循環ポンプ４２を経てに流入する水温は高くなり、入水温度が設定値以上になると、貯湯槽４１に湯が貯まったと判断し、圧縮機３１、循環ポンプ４２、ファン３５の運転を停止し、沸上を完了する。

しかし、何らかの原因で保護制御が動作するなどして、運転が停止した場合、貯湯槽４１の水が全て沸き上げられていないため、沸上運転を再開する。その場合、循環ポンプ４２が運転され、入水温度センサ５１により貯湯槽４１から給湯用熱交換器３２に流入する入水温度が計測され、室外気温センサ５３により室外気温が計測され、吐出温度センサ５４により圧縮機３１の吐出冷媒温度が計測されるが、吐出冷媒温度が設定値（例えば５０℃）より高い場合、絞り装置３３の初期開度はＰ２（＞Ｐ１）が決定され、圧縮機３１が運転開始する。

その結果、吐出冷媒温度が設定値（例えば５０℃）より低い場合と比べ、絞り装置３３の初期開度は大きくなっており、冷媒回路の圧縮機３１の吐出圧力を減少させ、急激な圧力上昇を防止することができるため、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。

なお、圧縮機３１の運転周波数、絞り装置３３の初期開度Ｐ1はあらかじめ設定されたテーブルから選択し決定されるとしたが、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度、出湯目標温度の関数として算出して設定しても良い。

また、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度、出湯目標温度だけでなく、圧縮機３１の現時点の運転周波数や、出湯温度を加えて、絞り装置３３の開度を逐次決定し、制御するとさらに精度良く圧力上昇を防止でき、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図２において、図１と同様要素には同一の番号を付してある。ここで、図１と異なるのは、圧縮機３１の吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ５６を設けたことである。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明す
る。

通常の運転では、第１の実施例と同じであるが、吐出冷媒圧力センサ５６により圧縮機３１の吐出冷媒圧力を逐次検出し、圧縮機起動一定時間（例えば３分）以内に吐出冷媒圧力が第１の設定値（例えば１２．５ＭＰａ）を超えると、絞り装置３３の開度を一定値開く。そして、吐出冷媒圧力が第２の設定値（例えば１２ＭＰａ）以下になるまで、一定間隔で絞り装置３３の開度を一定値開く制御を繰り返す。

その結果、冷媒回路の圧縮機３１の吐出圧力を減少させることができ、吐出冷媒圧力の急激な上昇を防止し、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減しながら、給湯水を容易に高温に加熱することができが可能となるので、高温を得るヒートポンプ給湯機や高温風を得る空調機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯装置の構成図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図 従来のヒートポンプ給湯装置の構成図

符号の説明

３１ 圧縮機
３２ 給湯用熱交換器
３３ 絞り装置
３４ 蒸発器
３５ ファン
４１ 貯湯槽
４２ 循環ポンプ
５１ 入水温度センサ
５２ 出湯温度センサ
５３ 室外気温センサ
５４ 吐出温度センサ
５５ 制御装置
５６ 吐出圧力センサ

Claims (4)

1. 圧縮機、給湯用熱交換器、絞り開度を可変し流量を制御できる絞り装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、前記給湯用熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサと、前記給湯用熱交換器に流入する水の温度を検知する入水温度センサと、前記給湯用熱交換器を流出する給湯水の温度を検知する出湯温度センサと、外気温度を検知する外気温度センサと、前記絞り装置の開度を制御する制御装置とを有し、前記絞り装置の開度は、前記各センサの検知値に基づいて前記制御装置にて決定されることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 圧縮機の運転開始時に、吐出温度センサで検知した吐出冷媒温度が設定値以上の場合に、絞り装置の開度を開方向に動作させるように制御することを特徴する請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する吐出圧力センサを設け、前記吐出圧力センサで検知した吐出冷媒圧力が設定値以上の場合に、前記絞り装置の開度を開方向に動作させるように制御することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 冷媒として炭酸ガスを用いた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給湯装置。

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