JP2008256281A - Heat pump type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水の加熱構造を改良したヒートポンプ式給湯機に関する。 The present invention relates to a heat pump type water heater having an improved water heating structure.
この種のヒートポンプ式給湯機としては、例えば、図5に示すようなものが知られている。 As this type of heat pump type hot water heater, for example, the one shown in FIG. 5 is known.
このヒートポンプ式給湯機は、冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルを流れる冷媒は、空気熱交換器101で蒸発して外気から熱を取り入れる。そして、この熱を水熱交換器102で凝縮することにより放出して水熱交換器102を流れる水を加熱し給湯するようになっている。
The heat pump type hot water heater includes a refrigeration cycle, and the refrigerant flowing through the refrigeration cycle evaporates in the
水熱交換器102において冷媒と水は対向流で流され、熱交換により冷媒は120℃から20℃に低下し、水は10℃〜90℃に加熱される(例えば、特許文献1参照。)。
In the
図6はこの冷凍サイクルの動きをモリエル線図上に表したものである。 FIG. 6 shows the movement of the refrigeration cycle on the Mollier diagram.
圧縮機104で圧縮された冷媒は高温高圧のガスとなって吐出され、水熱交換器102に流入する。水熱交換器102でガス冷媒は、水と熱交換してまず温度が下がり、その後、凝縮域に入り完全に液化されて過冷却の状態で水熱交換器102から流出される。この後、液冷媒は膨張弁105で減圧されてから空気熱交換器101に流入されて蒸発しガス冷媒となって圧縮機104に吸い込まれる。
The refrigerant compressed by the
図7は水熱交換器102内における冷媒と水の状態変化をTH線図上に表したもので、主に水熱交換器102内での温度変化を示す。
FIG. 7 shows changes in the state of refrigerant and water in the
横軸はエンタルピであり、水は冷媒から熱を得て左から右ヘエンタルピを増加しそれに連れ温度もほぼ直線的に上昇(比熱がほぼ一定のため)している。一方、冷媒は右から熱を水に放出し、エンタルピが減少してそれに連れ温度が下がっている。 The horizontal axis is enthalpy, and water gains heat from the refrigerant and increases the left-to-right heat enthalpy, and accordingly the temperature rises almost linearly (because the specific heat is almost constant). On the other hand, the refrigerant releases heat into the water from the right, and the enthalpy decreases and the temperature decreases accordingly.
ところで、水熱交換器102内で冷媒が凝縮域に入ると、エンタルピは低下するが温度は一定となり図では横線になる。そして、冷媒が完全に液化すると、その後はエンタルピの低下と共に温度も下がる。
しかしながら、従来においては、図7からも分かるように水と冷媒の温度差が最少となるところがあり、ここがネックとなり熱交換器をいくら大きくしても凝縮温度が下げられない。熱交換器を大きくすると凝縮温度が下がるが、水の線とぶつかったところが最低の凝縮温度になり、それ以上凝縮温度を下げられない。即ち、貯湯運転の効率をそれ以上上げられないという問題点がある。 However, in the prior art, as can be seen from FIG. 7, there is a place where the temperature difference between water and the refrigerant is minimized, and this becomes a bottleneck, and the condensation temperature cannot be lowered no matter how large the heat exchanger is. The larger the heat exchanger, the lower the condensation temperature, but the place where it hits the water line is the lowest condensation temperature, and the condensation temperature cannot be lowered any further. That is, there is a problem that the efficiency of the hot water storage operation cannot be further increased.
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、冷媒の凝縮温度を下げて運転効率を向上できるようにしたヒートポンプ式給湯機を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a heat pump type water heater capable of improving the operation efficiency by lowering the condensation temperature of the refrigerant.
上記課題を解決するため、請求項1記載のものは、インジェクションポートを有した圧縮機に、冷媒管を介して順次、第1の水熱交換器、第2の水熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器を接続して構成される冷凍サイクルと、前記第1及び第2の水熱交換器に送水して給湯する給湯管と、前記第1の水熱交換器の冷媒流出側と前記圧縮機の前記インジェクションポートとを接続するインジェクション回路とを具備し、前記第1の水熱交換器ではガス冷媒を冷却させ、前記第2の水熱交換器ではガス冷媒を凝縮させ、前記インジェクション回路は、前記第1の水熱交換器から流出される冷媒ガスの一部を前記圧縮機にインジェクションすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the first aspect of the present invention includes a compressor having an injection port, and sequentially through a refrigerant pipe, a first water heat exchanger, a second water heat exchanger, an expansion valve, And a refrigeration cycle configured by connecting an air heat exchanger, a hot water supply pipe for supplying hot water to the first and second water heat exchangers, and a refrigerant outflow side of the first water heat exchanger; An injection circuit for connecting to the injection port of the compressor, the first water heat exchanger cools the gas refrigerant, the second water heat exchanger condenses the gas refrigerant, and the injection The circuit is characterized in that a part of the refrigerant gas flowing out from the first water heat exchanger is injected into the compressor.
本発明によれば、圧縮機から吐出する冷媒の吐出ガス域での水の温度上昇を大きくでき、その分、凝縮温度を下げて高効率の運転を可能とする。 According to the present invention, the temperature rise of water in the discharge gas region of the refrigerant discharged from the compressor can be increased, and the condensing temperature is lowered correspondingly to enable high-efficiency operation.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施の形態であるヒートポンプ式給湯機を示すものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a heat pump type water heater according to an embodiment of the present invention.
このヒートポンプ式給湯機は、冷媒としてR410Aを用いる冷凍サイクルを備えている。この冷凍サイクルは、圧縮機1に冷媒管2を介して順次、第1の水熱交換器3、第2の水熱交換器4、膨張弁5、空気熱交換器7、及び冷媒熱交換器9を接続することにより構成されている。
This heat pump type hot water heater includes a refrigeration cycle using R410A as a refrigerant. In this refrigeration cycle, a first water heat exchanger 3, a second water heat exchanger 4, an expansion valve 5, an
圧縮機1はインジェクションポート1aを有し、インジェクション可能に構成されている。第1の水熱交換器3は冷媒のガス域の冷却を担当し、第2の水熱交換器4は、凝縮域と液域の冷却を担当するようになっている。
The
第1の水熱交換器3の冷媒出ロ側と圧縮機1のインジェクションポート1aとは、インジェクション回路8を介して接続されている。第2の水熱交換器4と膨張弁5とを接続する冷媒管2の中途部は冷媒熱交換器9に接続されている。
The refrigerant outlet side of the first water heat exchanger 3 and the
一方、第1の水熱交換器3と第2の水熱交換器4とには、給湯管10が冷媒管2と平行に挿通されている。給湯管10の一端部側にはポンプ11が接続され、他端部側は図示しない貯湯タンクに接続されている。
On the other hand, a hot
上記した構成において、圧縮機1から吐出された吐出冷媒ガスは第1の水熱交換器3に流入して水と熱交換し、温度が低下した状態で凝縮温度近くになり第1の水熱交換器3から流出する。第1の水熱交換器3から流出するガス冷媒の一部は、インジェクション回路8を介して圧縮機1にインジェクションポート1aから注入される。ここで、圧縮機1に注入される冷媒のインジェクション量をg、圧縮機1の冷媒吸入量をGとすると、圧縮機1から吐出される吐出冷媒量はG+gとなり、通常の吐出冷媒量より多くなる。従って、第1の水熱交換器3を流れる冷媒の循環量は従来機器よりgだけ多くなる。第2の水熱交換器4に入る冷媒は、従来機器と同じ冷媒循環量となり、第2の水熱交換器4での作用は従来機器と同じである。
In the above-described configuration, the discharged refrigerant gas discharged from the
第2の水熱交換器4から流出した液冷媒は、冷媒熱交換器9に流入し、この冷媒熱交換器9で空気熱交換器7から出たガス冷媒と熱交換する。これにより、液冷媒は20℃から5℃に温度低下するが、圧縮機1に吸い込まれるガス冷媒は20℃に上昇される。
The liquid refrigerant that has flowed out of the second water heat exchanger 4 flows into the
このように圧縮機1に吸い込まれるガス冷媒の温度を上昇させるのは、圧縮機1から吐出されるガス冷媒の温度を120℃に保つためである。即ち、上記したように圧縮機1にインジェクション回路8を介して60℃のガス冷媒が圧縮の最終段階で注入されると、吸込み温度が従来機器と同じ5℃であれば吐出温度が120℃まで上がらず低下する。この低下を補うため、上記したように圧縮機1のガス冷媒吸込温度を従来よりも15℃上昇させている。
The reason for raising the temperature of the gas refrigerant sucked into the
一方、冷媒熱交換器9で熱交換されて温度が20℃から5℃に低下された液冷媒は膨張弁5を介して空気熱交換器7に流入されて蒸発したのち、冷媒熱交換器9を介して圧縮機1に吸い込まれる。以後、順次同様に冷媒が流されて給湯運転が継続される。
On the other hand, the liquid refrigerant that has been heat-exchanged by the
図2は、上記した冷凍サイクルのモリエル線図上の動きを表したものである。 FIG. 2 shows the movement on the Mollier diagram of the above-described refrigeration cycle.
圧縮機1のガス冷媒吸込温度を上昇させることにより、インジェクション前の圧縮機1内のガス冷媒温度を高めることができ、第1の水熱交換器3からのガス冷媒のインジェクションによる冷却があっても圧縮機1の吐出温度を120℃に保っことができる。
By increasing the gas refrigerant suction temperature of the
図3は、出湯温度を100℃にした場合における第1及び第2の水熱交換器3,4での冷媒と水の温度変化(TH線図上の冷媒と水の状態変化)を示すものである。 FIG. 3 shows the temperature change of the refrigerant and water in the first and second water heat exchangers 3 and 4 (change in state of the refrigerant and water on the TH diagram) when the tapping temperature is 100 ° C. It is.
圧縮機1からの吐出ガスの冷媒循環量が従来機器よりgだけ増えているため、第1の水熱交換器3での水の温度上昇が従来機器より大きくなり、従来機器より高温に加熱できる。
Since the refrigerant circulation amount of the discharge gas from the
図4は、従来機器と同じ出湯温度を90℃にした場合における第1及び第2の水熱交換器3,4での冷媒と水の温度変化(TH線図上の冷媒と水の状態変化)を示すものである。 FIG. 4 shows changes in the temperature of the refrigerant and water in the first and second water heat exchangers 3 and 4 (changes in the state of the refrigerant and water on the TH diagram) when the same tapping temperature is 90 ° C. as in the conventional device. ).
出湯温度を90℃まで下げた場合には、第2の水熱交換器4の出ロ水温が下がり、これにつれ凝縮温度も下がって(熱交換量は同じため水と冷媒の温度差は従来機器と同じになる)高効率運転が可能となる。 When the tapping temperature is lowered to 90 ° C., the bottom water temperature of the second water heat exchanger 4 is lowered, and the condensing temperature is lowered accordingly (the amount of heat exchange is the same, so the temperature difference between water and refrigerant is the conventional equipment). High efficiency operation is possible.
なお、上記した第1の実施の形態では、冷凍サイクルの構成要素として冷媒熱交換器9を備えたが、これに限られることなく、膨張弁5の開度を小さくして空気熱交換器7の出口側のスーパーヒートを大きくとって圧縮機1の吸込み温度を高くしても、効果の程度は少なくなるが高効率化は可能である。
In the first embodiment described above, the
また、冷媒としてはR410Aを用いたが、高圧で凝縮しないCO2を用いても同様の効果が得られる。 Moreover, although R410A was used as the refrigerant, the same effect can be obtained even if CO2 that does not condense at high pressure is used.
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment mentioned above. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.
1…圧縮機、1a…インジェクションポート、2…冷媒管、3…第1の水冷媒熱交換器、4…第2の水冷媒熱交換器、5…膨張弁、7…空気熱交換器、8…インジェクション回路、9…冷媒熱交換器、10…送水管。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記第1及び第2の水熱交換器に送水して給湯する給湯管と、
前記第1の水熱交換器の冷媒流出側と前記圧縮機の前記インジェクションポートとを接続するインジェクション回路とを具備し、
前記第1の水熱交換器ではガス冷媒を冷却させ、前記第2の水熱交換器ではガス冷媒を凝縮させ、前記インジェクション回路は、前記第1の水熱交換器から流出されるガス冷媒の一部を前記圧縮機にインジェクションすることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 A refrigeration cycle configured by connecting a first water heat exchanger, a second water heat exchanger, an expansion valve, and an air heat exchanger sequentially to a compressor having an injection port via a refrigerant pipe; ,
A hot water supply pipe for supplying hot water to the first and second water heat exchangers;
An injection circuit for connecting a refrigerant outflow side of the first water heat exchanger and the injection port of the compressor;
The first water heat exchanger cools the gas refrigerant, the second water heat exchanger condenses the gas refrigerant, and the injection circuit supplies gas refrigerant flowing out of the first water heat exchanger. A heat pump type hot water supply apparatus, characterized in that a part is injected into the compressor.
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