JP2007322051A - Heat pump type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はヒートポンプ式給湯装置に係り、特にヒートポンプサイクルや圧縮機の異常を検出可能にしたヒートポンプ式給湯装置に関する。 The present invention relates to a heat pump type hot water supply apparatus, and more particularly to a heat pump type hot water supply apparatus that can detect abnormality of a heat pump cycle and a compressor.
一般にヒートポンプ式給湯装置において、水熱交換器へ送られる水温変化による負荷変動が大きいため、冷凍サイクルに与える影響が大きく、水熱交換器の冷媒温度を常時検知し、圧縮機の回転数を制御して冷凍サイクルの能力を制御する必要がある。 In general, in heat pump hot water supply devices, the load fluctuation due to changes in the water temperature sent to the water heat exchanger is large, so it has a large effect on the refrigeration cycle, and the refrigerant temperature in the water heat exchanger is constantly detected to control the compressor speed. Thus, it is necessary to control the capacity of the refrigeration cycle.
一方、ヒートポンプ式給湯装置では、水あるいは不凍液などの媒体と冷媒を熱交換するための水熱交換器として、プレート式水熱交換器が多く用いられている。 On the other hand, in a heat pump type hot water supply apparatus, a plate type water heat exchanger is often used as a water heat exchanger for exchanging heat between a medium such as water or antifreeze and a refrigerant.
この種のプレート式水熱交換器は、冷媒流入管、給水管及び給湯管が設けられた端板と、冷媒流出管が設けられた端板間に、並列する複数の水流路を設けた水側伝熱板と、並列する複数の冷媒流路を設けた冷媒側伝熱板が気密的に組み立てられ、さらに、冷媒と水が対向流になるように配されている。 This type of plate-type water heat exchanger is a water system in which a plurality of parallel water flow paths are provided between an end plate provided with a refrigerant inflow pipe, a water supply pipe and a hot water supply pipe, and an end plate provided with a refrigerant outflow pipe. The side heat transfer plate and the refrigerant side heat transfer plate provided with a plurality of refrigerant flow paths arranged in parallel are assembled in an airtight manner, and further, the refrigerant and water are arranged to face each other.
上記理由により、水熱交換器の正確な冷媒温度(凝縮温度)を把握する必要があるが、プレート式水熱交換器は上記構造のため、凝縮温度センサーをプレート式水熱交換器内部に取り付け、その中心部で温度を測定することは困難であり、さらに、プレート式水熱交換器の冷媒入口配管と出口配管に各々冷媒温度センサーを設けると、2個の温度センサーを必要とするため、高価になり、また、この2個の温度センサーにより検出された温度から冷媒温度を算出するのは余分な手段を必要とする。さらに、プレート式水熱交換器出入口の冷媒もしくは水出入口温度を検出してプレート式水熱交換器内部を推定するのは、正確さや信頼性に欠ける。 For the above reasons, it is necessary to know the exact refrigerant temperature (condensation temperature) of the water heat exchanger, but because the plate type water heat exchanger has the above structure, a condensation temperature sensor is installed inside the plate type water heat exchanger. In addition, it is difficult to measure the temperature at the center thereof, and further, if two refrigerant temperature sensors are provided in the refrigerant inlet pipe and outlet pipe of the plate type water heat exchanger, two temperature sensors are required. It becomes expensive, and calculating the refrigerant temperature from the temperatures detected by the two temperature sensors requires extra means. Furthermore, it is not accurate or reliable to detect the refrigerant at the inlet / outlet of the plate type water heat exchanger or the temperature of the water inlet / outlet to estimate the inside of the plate type water heat exchanger.
また、圧縮機などの保護に、圧力センサーをヒートポンプサイクル内に設けることが行われているが、圧力センサーは温度センサーに比べて高価である。 Further, a pressure sensor is provided in the heat pump cycle for protecting the compressor and the like, but the pressure sensor is more expensive than the temperature sensor.
なお、圧縮機の出口及び水熱交換器の出口に温度センサーを設けたヒートポンプ式給湯装置が開示されている(特許文献1)。
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器内の冷媒凝縮温度を正確かつ安価に検知でき、ヒートポンプサイクルを保護でき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。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and a heat pump type hot water supply apparatus that can accurately and inexpensively detect the refrigerant condensation temperature in a plate type water heat exchanger used as a water heat exchanger and protect the heat pump cycle. The purpose is to provide.
上述した目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、水熱交換器、減圧機構、熱源側熱交換器を順次配管接続して構成するヒートポンプサイクルを備えたヒートポンプ式給湯装置において、前記水熱交換器にプレート式水熱交換器を用い、このプレート式水熱交換器に並列に、絞り機構を備えたバイパス配管を設け、かつ、バイパス配管に温度センサーを取り付け、バイパス配管内を流れる冷媒温度を検知して、プレート式水熱交換器内を流れる冷媒温度を推定する手段を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a heat pump type hot water supply apparatus according to the present invention includes a heat pump type hot water supply provided with a heat pump cycle in which a compressor, a water heat exchanger, a pressure reduction mechanism, and a heat source side heat exchanger are sequentially connected by piping. In the apparatus, a plate type water heat exchanger is used as the water heat exchanger, a bypass pipe having a throttle mechanism is provided in parallel with the plate type water heat exchanger, and a temperature sensor is attached to the bypass pipe. A means for detecting the temperature of the refrigerant flowing in the pipe and estimating the temperature of the refrigerant flowing in the plate-type water heat exchanger is provided.
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器内の冷媒凝縮温度を正確かつ安価に検知でき、ヒートポンプサイクルを保護できるヒートポンプ式給湯装置を提供することができる。 According to the heat pump type hot water supply apparatus according to the present invention, there is provided a heat pump type hot water supply apparatus that can accurately and inexpensively detect the refrigerant condensing temperature in the plate type water heat exchanger used as the water heat exchanger and protect the heat pump cycle. Can do.
本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について添付図面を参照して説明する。 A heat pump type hot water supply apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram of a heat pump type hot water supply apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置1は、ヒートポンプサイクル2を備えている。このヒートポンプサイクル2は、圧縮機3、四方弁4、プレート式水熱交換器5、減圧機構6、熱源側熱交換器である空気熱交換器7を順次配管接続して構成され、冷媒回路が形成される。
As shown in FIG. 1, the heat pump hot
また、プレート式水熱交換器5と並列に絞り機構であるキャピラリチューブ8aを備えたバイパス配管8を設ける。
In addition, a
さらに、プレート式水熱交換器5には、給水管9、給湯管10、給水ポンプ11、配管ジョイント12、貯湯タンク13からなる給水湯回路14が連通される。
Further, a hot
図2及び図3に示すように、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器5は、冷媒流入管15i、給水管9及び給湯管10が取り付けられた端板16と、冷媒流出管15oが取り付けられた端板17間に、並列する複数の水流路18aを設けた水側伝熱板18と、並列する複数の冷媒流路19aを設けた冷媒側伝熱板19が気密的に組み立てられてなり、さらに、冷媒と水(もしくは不凍液などの媒体)が対向流になるように配されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the plate-type
なお、プレート式水熱交換器は図3に示す熱交換ユニットを1個あるいは必要に応じて複数個並列に接続し、積層して用いてもよい。 In addition, the plate type water heat exchanger may be used by stacking one heat exchange unit shown in FIG.
このような構造のプレート式水熱交換器5は、下記のようにして冷媒配管及び水湯配管に接続されている。例えば、冷媒流入管15iは四方弁4を介して圧縮機3の吐出側に、冷媒流出管15oは減圧機構6を介して熱源側の空気熱交換器7に連通され、給水管9は給水ポンプ11を介して貯湯タンク13に給水側に、給湯管10は貯湯タンク13の給湯側に各々配管接続される。
The plate type
図1及び図4に示すように、ヒートポンプ式給湯装置1は装置全体を制御する制御装置20を備え、この制御装置20には、必要なインターフェイス(図示せず)を介して、インバータ式の回転数可変の圧縮機3、空気熱交換器用送風機21、四方弁4、給水ポンプ11、圧縮機3の吸込側配管に設けた吸込冷媒温度センサーS1、吐出側配管に設けた吐出冷媒温度センサーS2、空気熱交換器7の冷媒入口側配管に設けた吸込側温度センサーS3、空気熱交換器7に設けた空気熱交換器温度センサーS4、バイパス配管8に介設したキャピラリチューブ8a間ののバイパス配管中間部位に取り付けられた冷媒凝縮温度センサーS5、給水管9に設けた給水温度センサーS6、給湯管10に設けた給湯温度センサーS7が接続され、制御装置20はCPU20a、メモリ20bを備え、各温度S1〜S7からの温度情報あるいは使用者から指示される運転指令情報の内容に基づき、圧縮機3の運転方法、空気熱交換器用送風機21、給水ポンプ11の運転、四方弁4の動作などを制御する機能を有する。
As shown in FIG.1 and FIG.4, the heat pump type hot
次に、本ヒートポンプ式給湯装置の動作について説明する。 Next, operation | movement of this heat pump type hot-water supply apparatus is demonstrated.
図1に示すヒートポンプユニット1の冷凍サイクルにおいて、圧縮機3から吐出された高温高圧のガス冷媒は、プレート式水熱交換器5で給湯水回路14側へ放熱しながら凝縮され、冷媒から放熱された熱により給湯水回路14の水を加熱する。
In the refrigeration cycle of the
凝縮されてプレート式水熱交換器5から流出した冷媒は減圧機構6で減圧され、熱源側の空気熱交換器7に流入して外気と熱交換して、外気から吸熱し、蒸発ガス化される。さらに、熱源側空気熱交換器7から流出した低圧ガス冷媒は圧縮機3に吸い込まれる。
The condensed refrigerant flowing out of the plate-type
また、給湯水回路14側では、プレート式水熱交換器5で冷媒から放熱された熱は、プレート式水熱交換器5の給水側に設けられた給水ポンプ11により貯湯タンク13の下部から導かれてプレート式水熱交換器5の給湯水回路14側へ搬送される水に与えられる。ここで加熱、生成された湯は貯湯タンク13の上部から流入し、貯湯タンク13内に貯湯される。
On the hot
本ヒートポンプ式給湯装置の動作時、使用者の給湯要求により、貯湯タンク13から給湯され、ヒートポンプサイクル2の負荷が変動する。
During the operation of the heat pump type hot water supply apparatus, hot water is supplied from the hot
この変動に対処するため、冷凍サイクルの能力、例えば圧縮機の回転数を制御して冷凍サイクルの能力を適正に制御する。 In order to cope with this variation, the capacity of the refrigeration cycle is controlled appropriately by controlling the capacity of the refrigeration cycle, for example, the rotational speed of the compressor.
この制御は次のようにして行われる。 This control is performed as follows.
予め、本ヒートポンプ式給湯装置と同種のヒートポンプ式給湯装置の運転試験を行い、プレート式水熱交換器を流れる冷媒温度(実温度)と冷媒凝縮温度センサーにより検知されるキャピラリチューブの冷媒温度(測定温度)の相関を求め、メモリ20bに記憶しておく。 An operational test of a heat pump type hot water supply device of the same type as this heat pump type hot water supply device is conducted in advance, and the refrigerant temperature (actual temperature) flowing through the plate type water heat exchanger and the refrigerant temperature of the capillary tube detected by the refrigerant condensation temperature sensor (measurement) Temperature) is obtained and stored in the memory 20b.
冷媒凝縮温度センサーS5により常時プレート式水熱交換器5を流れる冷媒温度(測定温度)を検知して、制御装置20により、プレート式水熱交換器5を流れる冷媒温度を演算する。このように、キャピラリチューブの中間の温度を計測することでプレート式水熱交換器の凝縮温度が推定できる。
By detecting the refrigerant temperature flowing at all times the plate type water heat exchanger 5 (the measurement temperature) by the refrigerant condensing temperature sensor S 5, the
この演算された冷媒凝縮温度に基づき圧縮機3の運転能力制御を行う。この運転能力制御は、冷媒凝縮温度から好ましい圧縮機の運転周波数を決定し、圧縮機3の回転制御を行ない、負荷に適正に対応させる。また、冷媒凝縮温度の異常値を検知したときは、ヒートポンプサイクルあるいは圧縮機に異常が生じたものとして、ヒートポンプ式給湯装置の運転を停止する。
Based on the calculated refrigerant condensing temperature, the operation capacity of the
なお、本第1実施形態のようなバイパス配管の冷媒温度(測定温度)を用いた冷媒凝縮温度の演算方法において、図5に示すように、所定の範囲外の圧縮機周波数では、バイパス配管を流れる冷媒量が変動し、測定温度と実温度に多少の誤差が生じるため、予め試験により凝縮温度の演算に用いるバイパス配管の冷媒温度の補正を行い、この補正された温度を用いてプレート式水熱交換器の凝縮温度を推定するのが好ましい。これにより、プレート式水熱交換器を流れる冷媒温度を適確に把握でき、ヒートポンプサイクルを確実に保護できる。 In the calculation method of the refrigerant condensing temperature using the refrigerant temperature (measured temperature) of the bypass pipe as in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the bypass pipe is used at a compressor frequency outside a predetermined range. Since the amount of flowing refrigerant fluctuates and a slight error occurs between the measured temperature and actual temperature, the refrigerant temperature in the bypass pipe used for the calculation of the condensation temperature is corrected in advance by testing, and the plate-type water is used using this corrected temperature. It is preferable to estimate the condensation temperature of the heat exchanger. Thereby, the temperature of the refrigerant flowing through the plate type water heat exchanger can be accurately grasped, and the heat pump cycle can be reliably protected.
また、バイパス配管に温度センサーを設けることにより、圧力センサよりも安価になる。 Further, by providing a temperature sensor in the bypass pipe, it becomes cheaper than the pressure sensor.
本第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器内の冷媒凝縮温度を正確かつ安価に検知でき、ヒートポンプサイクルの保護が実現する。 According to the heat pump type hot water supply apparatus of the first embodiment, the refrigerant condensing temperature in the plate type water heat exchanger used as the water heat exchanger can be detected accurately and inexpensively, and the heat pump cycle can be protected.
次に本発明の第2実施形態のヒートポンプ式給湯装置について説明する。 Next, a heat pump type hot water supply apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
本第2実施形態は、第1実施形態のバイパス配管に、キャピラリチューブに換えて、電子膨張弁を設ける。 In the second embodiment, an electronic expansion valve is provided instead of the capillary tube in the bypass pipe of the first embodiment.
例えば、図6に示すように、本第2実施形態のヒートポンプ式給湯装置31は、2個の電子膨張弁32を備えたバイパス配管8を設け、このバイパス配管8に介設した2個の電子膨張弁32間のバイパス配管中間部位に冷媒凝縮温度センサーS5を設ける。これにより、実施形態1と同様の効果が得られる。また、電子膨張弁32の開度を圧縮機3の周波数に応じて変化させることにより、図7に示すように、圧縮機周波数の全範囲内で、測定温度と実温度に誤差が生じないため、測定温度を補正することなく、バイパス配管温度センサの測定温度をそのまま採用でき、さらに、凝縮温度を推定できる範囲が広がる。
For example, as shown in FIG. 6, the heat pump hot
なお、電子膨張弁はバイパス配管の温度センサ前後のいずれかに1個設け他をキャピラリチューブで構成させてもよい。 One electronic expansion valve may be provided either before or after the temperature sensor of the bypass pipe, and the other may be constituted by a capillary tube.
他の構成は図1に示すヒートポンプ式給湯装置と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。 Since the other configuration is not different from the heat pump type hot water supply apparatus shown in FIG.
1…ヒートポンプ式給湯装置、2…ヒートポンプサイクル、3…圧縮機、5…プレート式水熱交換器、6…減圧機構、7…熱源側の空気熱交換器、8…バイパス配管、8a…キャピラリチューブ、9…給水管、10…給湯管、14…給水湯回路、15i…冷媒流入管、15o…冷媒流出管、18…水側伝熱板、18a…水流路、19…冷媒側伝熱板、19a…冷媒流路、20…制御装置。
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