JP2008190840A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器への冷媒の大量流入時に発生する冷媒音を低減したヒートポンプ式給湯機を提供すること。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒と湯水との熱交換を行う給湯用熱交換器２と、冷媒を減圧する減圧装置３と、冷媒が空気から熱を吸熱する蒸発器４と、給湯用の湯水を貯える貯湯槽７と、貯湯槽７の湯水を給湯用熱交換器２に送る送水手段８と、圧縮機１の周波数および減圧装置３を制御する制御手段とを備え、圧縮機１の運転停止時に、減圧装置３の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、減圧装置３の弁開度を全開に変更することにより、圧縮機１の運転停止時の蒸発器４の圧力の急上昇を防止することができ、蒸発器４への冷媒の大量流入による冷媒音の発生を防止しつつ、圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力を均圧させて運転を停止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機に係り、特にヒートポンプの運転停止時における蒸発器からの冷媒音を低減するものである。

従来、圧縮機の吐出温度が、外気温度に対して予め設定された目標吐出温度となるように減圧装置の開度を制御する構成のヒートポンプ式給湯機があり、ヒートポンプの起動時に減圧装置の開度を一定とする時間を設けていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３４６４４９号公報

しかしながら、上記従来のような構成のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機の運転停止時には高低差圧を均圧するために、減圧装置の開度を全開にするのが通例となっていたが、蒸発器への液冷媒の大量流入により冷媒音が発生してしまうという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、蒸発器への冷媒の大量流入時に発生する冷媒音を低減したヒートポンプ式給湯機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式給湯機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と湯水との熱交換を行う給湯用熱交換器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒が空気から熱を吸熱する蒸発器と、給湯用の湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽の湯水を前記給湯用熱交換器に送る送水手段と、前記圧縮機の周波数および前記減圧装置を制御する制御手段とを備え、前記圧縮機の運転停止時に、前記減圧装置の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、前記減圧装置の弁開度を全開に変更するものである。

これによって、圧縮機の運転停止時の蒸発器の圧力の急上昇を防止することができ、蒸発器への冷媒の大量流入による冷媒音の発生を防止しつつ、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力を均圧させて運転を停止することができる。

本発明は、蒸発器への液冷媒の大量流入時に発生する冷媒音を低減したヒートポンプ式給湯機を提供することができる。

第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と湯水との熱交換を行う給湯用熱交換器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒が空気から熱を吸熱する蒸発器と、給湯用の湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽の湯水を前記給湯用熱交換器に送る送水手段と、前記圧縮機の周波数および前記減圧装置を制御する制御手段とを備え、前記圧縮機の運転停止時に、前記減圧装置の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、前記減圧装置の弁開度を全開に変更することにより、圧縮機の運転停止時の蒸発器の圧力の急上昇を防止することができ、蒸発器への冷媒の大量流入による冷媒音の発生を防止しつつ、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力を均圧させて運転を停止することができる。

第２の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１の発明において、外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、圧縮機の運転停止時に、前記外気温度検出で検出した値に基づ
いて、減圧装置の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、前記減圧装置の弁開度を全開に変更することにより、外気温度によって異なる停止直前の減圧装置の弁開度に対して圧縮機の運転停止時の減圧装置の弁開度を最適に設定することが可能となり、圧縮機の運転停止時の蒸発器の圧力の急上昇を防止することができるとともに、蒸発器への冷媒の大量流入による冷媒音の発生防止と、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の均圧化を容易に両立させて運転を停止することができる。

第３の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１の発明において、蒸発器の温度を検出する蒸発器温度検出手段を備え、圧縮機の運転停止時に、前記蒸発器温度検出手段で検出した値に基づいて、減圧装置の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、前記減圧装置の弁開度を全開に変更することにより、吸入圧力（蒸発器の冷媒密度）に応じて圧縮機の運転停止時の減圧装置の弁開度を最適に設定することが可能となり、より確実に圧縮機の運転停止時の蒸発器の圧力の急上昇を防止することができるとともに、蒸発器への冷媒の大量流入による冷媒音の発生を防止しつつ、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の均圧化を容易に両立させて運転を停止することができる。

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って本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成図である。図１において、本実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機は、冷媒を圧縮するインバータ式圧縮機１と、インバータ式圧縮機１で圧縮された冷媒と水との熱交換を行う給湯用熱交換器２と、給湯用熱交換器２で放熱した後の冷媒を減圧する減圧装置３と、減圧装置３で減圧された冷媒に熱を与える蒸発器４を備え、インバータ式圧縮機１、給湯用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４は冷媒配管５で環状に接続されヒートポンプサイクルを形成している。また、蒸発器４に外気を送るための送風手段として送風ファン６および、インバータ式圧縮機１と減圧装置３を制御する制御手段であるマイクロコンピュータ１３を備えた構成となっている。

本実施の形態では、インバータ式圧縮機１はアキュームレータのない圧縮機構成としており、アキュームレータを有する圧縮機構成に比べて小型化・軽量化を実現している。また、本実施の形態で使用する冷媒には二酸化炭素を使用しており、比較的安価で、かつ、安定であるため、製品コストを抑えることができるとともに、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することができる。また、ヒートポンプサイクルに流通させる冷媒の高圧側の圧力が、臨界圧力を超える圧力となるために、給湯用熱交換器２で熱交換をして熱を奪われても、凝縮することがないため、給湯用熱交換器の全域に亘って、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。なお、本実施の形態では二酸化炭素を使用しているが、これに限定されることはなく、高圧側が臨界圧力を超える冷媒であれば、二酸化炭素と同様に給湯用熱交換器２にて凝縮することがない。

また、湯水を貯える貯湯槽７と、貯湯槽７の下部から給湯用熱交換器２に湯水を送水する送水手段である水ポンプ８を備え、貯湯槽７、水ポンプ８、給湯用熱交換器２は給湯配管９で環状に接続され給湯サイクルを形成している。また、貯湯槽７の下部には、給水源から水を供給するための給水管１１が接続されており、常に水圧が加えられている状態となっている。また、貯湯槽７の外表面部には貯湯槽７の湯温を検出する複数個のサーミスタ１５（本実施の形態では、サーミスタ１５Ａ〜Ｅの５箇所）が備えられている。また、
サーミスタ１５などの情報により沸き上げ指示や、運転停止指示を行うマイクロコンピュータ１４を備えており、マイクロコンピュータ１３とマイクロコンピュータ１４の間で通信を行っている。

また、カラン等の給湯端末１０には、貯湯槽７の上方部に貯えられている高温水と、貯湯槽７に水を供給する給水管１１から分岐して供給される水とを混合手段である混合弁１２で混合し、所望の温度の湯を生成して給湯端末１０に供給される構成となっている。なお、図１中に示す矢印は、冷媒もしくは水の流通する方向を示している。

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。

貯湯槽７に湯を沸き上げるために、貯湯槽７の下部に貯えられている水が、水ポンプ８が動作することによって給湯用熱交換器２に送水される。給湯用熱交換器２では、インバータ式圧縮機１から吐出される高温高圧の二酸化炭素冷媒と、貯湯槽７から給湯用熱交換器２に送られた水とが熱交換することによって、高温水が生成され、貯湯槽７の上部から高温水が積層状（温度層を成して上方ほど高温となる状態）に貯えられていく。

次に、貯湯槽７の最下部に配設されているサーミスタ１５Ｅの温度が所定の温度まで上昇すると、マイクロコンピュータ１４からマイクロコンピュータ１３に運転停止を行う指示が送信される。マイクロコンピュータ１３は、運転停止の指示を受信すると減圧装置３およびインバータ式圧縮機１に停止指示を出す。

図２は、本実施の形態における運転制御の全体構成図であり、図３は、本実施の形態における運転制御のフローチャートである。図２に示すように、マイクロコンピュータ１４は運転停止指示手段２１を有しており、また、マイクロコンピュータ１３は減圧装置制御手段２２および圧縮機運転周波数制御手段２３を有している。

運転停止指示手段２１はサーミスタ１５Ｅの温度が所定の温度（例えば、６０℃）まで上昇すると、減圧装置制御手段２２および圧縮機運転周波数制御手段２３に対して運転を停止する指示を送信する。

図３において、運転停止の指示を受信した減圧装置制御手段２２および圧縮機運転周波数制御手段２３は、それぞれ減圧装置３およびインバータ式圧縮機１に停止指示を出す。このときインバータ式圧縮機１の運転を停止するとともに、減圧装置３に対しては予め設定された開度に保持するように指示を送り、その予め設定された開度に一定時間保持した後に全開開度までシフトさせる。

図４は、本実施の形態のように運転停止時のインバータ式圧縮機１の周波数および減圧装置３の開度、およびインバータ式圧縮機１の吐出および吸入圧力、蒸発器４からの冷媒音のレベルを従来技術と本実施の形態で比較した図である。図４において、従来技術と本発明とを比較すると、減圧装置３の開度は、インバータ式圧縮機１が運転停止してから、予め設定された開度で保持されている。そして所定時間経過すると減圧装置３の開度が全開開度にシフトされる。減圧装置３の動作にあわせてインバータ式圧縮機１の吐出圧力および吸入圧力を見ると、減圧装置３の開度を予め設定された開度で保持している間は、徐々に均圧化されていることがわかる。

一方、蒸発器４における冷媒音の大きさは、従来のように、インバータ式圧縮機１の停止とともに、減圧装置３の開度を全開開度にするのに比べて、減圧装置３の開度を予め設定された開度で所定時間保持する方が、冷媒音レベルが低くなることが分かる。これは、
インバータ式圧縮機１の吸入圧力が、蒸発器の圧力となるため、インバータ式圧縮機１の吸入圧力が急上昇することがなく、冷媒が大量に流入することを防止することができるので、冷媒音レベルが従来の技術に比較して低くなるためである。

以上のように、本発明のヒートポンプ式給湯機のように、インバータ式圧縮機１の運転停止時において、減圧装置３を予め設定された開度に所定時間保持することで、吐出圧力および吸入圧力を徐々に均圧して、蒸発器４に大量に冷媒が流入することを防止するため、冷媒音レベルを大きくすることがなく、インバータ式圧縮機１の運転を停止することができる。

（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯機の構成図である。図５において、実施の形態１と同じ箇所については、説明を省略し、同様の機能および作用を行うものとする。実施の形態１と異なるところは、外気温度検出手段であるサーミスタ１６を備えたところである。また図６は、本実施の形態２における運転制御のフローチャートである。図５、図６において、サーミスタ（外気温度検出手段）１６で検出された外気温度によって、減圧装置３の開度を決定するものである。

サーミスタ１６によって検出された外気温度によって、インバータ式圧縮機１の運転停止直前の減圧装置３の開度は異なっているため、外気温度を減圧装置３の開度の決定に反映させることができ、最適な弁開度を設定することができる。

（実施の形態３）
図７は、本実施の形態３におけるヒートポンプ式給湯機の構成図である。図７において、実施の形態１と同じ箇所については、説明を省略し、同様の機能および作用を行うものとする。実施の形態１と異なるところは、外気温度検出手段であるサーミスタ１７を備えたところである。また図８は、本実施の形態２における運転制御のフローチャートである。図７、図８において、サーミスタ（蒸発器温度検出手段）１７で検出された蒸発器温度によって、減圧装置３の開度を決定するものである。

ヒートポンプ式給湯機の運転時の蒸発器の温度は、吸入圧力の飽和温度であるため、蒸発器温度に応じて減圧装置３の弁開度を予め設定しても、外気温度に応じて設定した場合と同様に最適な弁開度を設定することができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ式給湯機は、分離型や一体型など製品の形態に問わず、すべてのヒートポンプサイクルを有する給湯機において適用することができる。

実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の構成図 実施の形態１における運転制御の構成図 実施の形態１における運転制御のフローチャート 実施の形態１と従来技術の比較図 実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯機の構成図 実施の形態２における運転制御のフローチャート 実施の形態３におけるヒートポンプ式給湯機の構成図 実施の形態３における運転制御のフローチャート

符号の説明

１ インバータ式圧縮機
２ 給湯用熱交換器
３ 減圧装置
４ 蒸発器
５ 冷媒配管
６ 送風ファン
７ 貯湯槽
８ 水ポンプ
９ 給湯配管
１０ 給湯端末
１１ 給水管
１２ 混合弁
１３ マイクロコンピュータ
１４ マイクロコンピュータ
１５ サーミスタ
１６ サーミスタ（外気温度検出手段）
１７ サーミスタ（蒸発器温度検出手段）

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と湯水との熱交換を行う給湯用熱交換器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒が空気から熱を吸熱する蒸発器と、給湯用の湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽の湯水を前記給湯用熱交換器に送る送水手段と、前記圧縮機の周波数および前記減圧装置を制御する制御手段とを備え、前記圧縮機の運転停止時に、前記減圧装置の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、前記減圧装置の弁開度を全開に変更することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、圧縮機の運転停止時に、前記外気温度検出で検出した値に基づいて、減圧装置の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、前記減圧装置の弁開度を全開に変更することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 蒸発器の温度を検出する蒸発器温度検出手段を備え、圧縮機の運転停止時に、前記蒸発器温度検出手段で検出した値に基づいて、減圧装置の弁開度を予め設定された開度に一定時間保持した後、前記減圧装置の弁開度を全開に変更することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。

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