JP2013185804A

JP2013185804A - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP2013185804A
Application number: JP2012054156A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hamada; 真佐行濱田; Takayuki Kondo; 貴幸近藤; Shingo Fujibayashi; 新五藤林; Takao Kobayashi; 隆夫小林
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】蒸発器を大型化できるとともに、着霜しにくいヒートポンプ装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機、水冷媒熱交換器１２、第１減圧手段、蒸発器１５からなるヒートポンプサイクルと、蒸発器１５に吸熱させるための送風手段２１とを備え、水冷媒熱交換器１２を、蒸発器１５の送風上流側で、筐体の一部を構成する底板２３に配置するとともに、水冷媒熱交換器１２に対向する蒸発器１５の冷媒圧力を上昇させるように、蒸発器１５に第２減圧手段を配置したことを特徴とするヒートポンプ装置で、蒸発器の風速低下部分の伝熱管の表面温度を上昇させることができるため、着霜による著しい性能低下を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ装置は、蒸発器に吸熱させるために送風ファンを有し、水冷媒熱交換器を、蒸発器の送風上流側で、かつ、筐体の一部を構成する底板に配置するとともに、蒸発器の下部伝熱管を減じた構成としている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１４７４４１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、蒸発器下部の風速の少ない部分を切り取る構成として、着霜による性能低下を回避しているため、配置できる蒸発器が小さくなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蒸発器を大型化できるとともに、着霜しにくいヒートポンプ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装置は、圧縮機、水冷媒熱交換器、第１減圧手段、蒸発器からなるヒートポンプサイクルと、前記蒸発器に吸熱させるための送風手段とを備え、前記水冷媒熱交換器を、前記蒸発器の送風上流側で、筐体の一部を構成する底板に配置するとともに、前記水冷媒熱交換器に対向する前記蒸発器の冷媒圧力を上昇させるように、前記蒸発器に第２減圧手段を配置したことを特徴とするものである。

これによって、蒸発器の風速の少ない部分の冷媒圧力を上昇させることで、冷媒飽和温度も上昇し、これにより、蒸発器の風速の少ない部分の伝熱管の表面温度が上昇するため、着霜による著しい性能低下を防止できる。

本発明によれば、蒸発器を大型化できるとともに、着霜しにくいヒートポンプ装置を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の断面図同ヒートポンプ装置の蒸発器の詳細図同ヒートポンプ装置の第２減圧手段の詳細図同ヒートポンプ装置の蒸発器の風速分布を示す図同ヒートポンプ装置の蒸発器伝熱管の表面温度分布を示す図同ヒートポンプ装置のヒートポンプサイクルの圧力エンタルピ線図同ヒートポンプ装置のヒートポンプサイクルの構成図

第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、第１減圧手段、蒸発器からなるヒートポンプサイクルと、前記蒸発器に吸熱させるための送風手段とを備え、前記水冷媒熱交換器を、前記蒸発器の送風上流側で、筐体の一部を構成する底板に配置するとともに、前記水冷媒熱交換器に対向する前記蒸発器の冷媒圧力を上昇させるように、前記蒸発器に第２減圧手段を配置したことを特徴とするヒートポンプ装置で、蒸発器の風速低下部分の伝熱管の表面温度を上昇させることができるため、着霜による著しい性能低下を防止できる。

第２の発明は、前記蒸発器の伝熱管の表面温度が、全体として略均一となるように、前記第２減圧手段の開度を設定することを特徴とするものである。

これにより、除霜時の冷媒温度を除霜可能な温度に設定でき、冷媒温度の上昇による熱交換能力の低下を最小限としつつ、周囲温度が低下し着霜する場合にも、着霜状態を均一にすることが可能となり、性能の著しい低下を防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〜図３は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ装置を示すものである。

図１に示すように、筐体の一部を形成する底板２３に、一列の蒸発器１５が載置されている。そしてその蒸発器１５の送風下流側の底板２３に水冷媒熱交換器１２は載置されている。

さらに、水冷媒熱交換器１２の上方に、送風手段であるファン２１、ファンモータ２０、ファンモータ取り付け台２２が載置されていて、なお、圧縮機１１、第１減圧手段１３は別の位置に構成されている。

図２は、蒸発器１５の詳細図であり、プレートフィン１、伝熱管２からなるフィンアンドチューブ熱交換器である。蒸発器１５の伝熱管２は、伝熱管Ｕベンド３、冷媒分岐管４、冷媒入口管４−ａ、出口管４−ｂを溶接することにより冷媒通路を構成しており、冷媒分岐管４に第２減圧手段１４を配置している。図３に、第２減圧手段１４の断面図を示しており、冷媒流路を狭めた形状としている。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

図４は、蒸発器１５における風速分布を示したものである。これによれば、本実施の形態の蒸発器１５は、下部の風速分布が低いことがわかる。

図５は、蒸発器１５の伝熱管２の表面温度分布と伝熱管２内部の冷媒温度分布を示している。

従来の技術において、風速の低い部分は表面温度が低くなっていることがわかる。これは、伝熱管２の内部の冷媒温度はほぼ一定であるのに対して、伝熱管２の表面温度が風速の違いにより異なっている。このように風速の高いところが氷結温度以上であっても、風速の低い部分が氷結温度以下になることで着霜が始まってしまう。

これに対して本実施の形態では、風速の低い部分の冷媒圧力を上げることで冷媒温度を上昇させ、氷結温度以上の伝熱管２の表面温度が得られている。これにより、着霜を回避
している。

また、蒸発器１５の伝熱管２の表面温度が、蒸発器１５全体としてほぼ均一となるように、第２減圧手段１４の絞りを設定し、冷媒温度を決定している。

これにより、冷媒温度の上昇による、熱交換能力の著しい低下を防止している。また、周囲温度が低下し着霜する場合にも、着霜状態を蒸発器１５全体として略均一にすることが可能となり、性能低下を低減することができる。

さらに、四方弁を用いた逆サイクルによる除霜運転ではなく、冷媒流れ方向を変えずに行う除霜運転時には、蒸発器１５の第２減圧手段１４の配置位置の下流側の温度が低下することで、除霜能力も低下するが、第２減圧手段１４の絞りの開度を、蒸発器１５の伝熱管２の表面温度を全体として略均一にするようにすることで、除霜時の冷媒温度を除霜可能な温度に設定でき、除霜能力の著しい低下も防止でき、冷媒流れ方向を変えずに行う除霜運転に利用できる。

なお、本実施の形態におけるヒートポンプ装置を形成するヒートポンプサイクルは、図７に示すように、圧縮機１１、水冷媒熱交換器１２、第１減圧手段１３、蒸発器１５を順次接続して形成し、蒸発器１５に第２減圧手段を備えているとともに、図６に示すような、圧力エンタルピ線図にて動作している。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、蒸発器の着霜限界を向上させ、低温時の性能向上が可能となるので、ヒートポンプ給湯機や温水暖房機等を構成するヒートポンプ装置に適用できる。

１１圧縮機
１２水冷媒熱交換器
１３第１減圧手段（膨張弁）
１４第２減圧手段（膨張弁）
１５蒸発器
１６冷媒配管
２０ファンモータ
２１ファン（送風手段）
２２ファンモータ取り付け台
２３底板

Claims

圧縮機、水冷媒熱交換器、第１減圧手段、蒸発器からなるヒートポンプサイクルと、前記蒸発器に吸熱させるための送風手段とを備え、前記水冷媒熱交換器を、前記蒸発器の送風上流側で、筐体の一部を構成する底板に配置するとともに、前記水冷媒熱交換器に対向する前記蒸発器の冷媒圧力を上昇させるように、前記蒸発器に第２減圧手段を配置したことを特徴とするヒートポンプ装置。
前記蒸発器の伝熱管の表面温度が、全体として略均一となるように、前記第２減圧手段の開度を設定することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。