JP2014040954A - ヒートポンプ式温水暖房機 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜運転時の使用者への不快感を軽減する。
【解決手段】室外機の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、室外熱交換器、室外送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、補助ヒータ、温水タンク、循環ポンプと温水接続バルブ等を備え、この温水接続バルブと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続して温水循環回路を形成し、温水によって加熱された前記室内熱交換器に室内送風ファンで送風して温風により室内を暖房するヒートポンプ式温水暖房機に於いて、低外気温時で前記室外熱交換器に発生した霜を取り除く除霜運転時には、前記膨張弁を全開にすると共に、補助ヒータを運転し、更に室内送風ファンの回転を最低風量で運転するものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、室外機内に備えた冷凍回路等のヒートポンプ装置から水−冷媒熱交換器を介して温水回路を加熱して、室内機にて温水暖房を行うヒートポンプ式温水暖房機に関するものである。

従来の空気調和機では、室外機を水平仕切板で上下に分割し、この仕切板の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、蒸発器、送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプと温水ヘッダーを備え、この温水ヘッダーと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続し、前記圧縮機、水−冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器等を接続して冷媒循環回路を形成し、前記水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプ、温水連絡配管、室内熱交換器を接続して温水循環回路を形成し、前記冷媒循環回路にて蒸発器から汲み上げた熱を、水−冷媒熱交換器で温水循環経路に伝達し、前記室内熱交換器にて室内へ放熱して暖房を行うヒートポンプ式温水暖房装置に於いて、前記蒸発器をフィンチューブ式の熱交換器で形成し、前記水−冷媒熱交換器と膨張弁の間の冷媒循環回路に放熱器を前記蒸発器と一体に設けると共に、前記放熱器を蒸発器の風下側下端に位置させたことによって、暖房運転時の除霜運転で霜の溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができるものだった。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１０-１４４９６５号公報

この従来例のヒートポンプ式温水暖房装置は、除霜運転時徐々に温水回路の温度が低下し、水−冷媒熱交換器を介して冷凍回路の温度も低下し、室外熱交換器に付着した霜の融けが悪くなり除霜運転の時間も長くなり、室温の低下により使用者は暖房が停止したと不快に感じるものだった。

この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、特にその構成を、室外機の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、室外熱交換器、室外送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、補助ヒータ、温水タンク、循環ポンプと温水接続バルブ等を備え、この温水接続バルブと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続して温水循環回路を形成し、温水によって加熱された前記室内熱交換器に室内送風ファンで送風して温風により室内を暖房するヒートポンプ式温水暖房機に於いて、低外気温時で前記室外熱交換器に発生した霜を取り除く除霜運転時には、前記膨張弁を全開にすると共に、補助ヒータを運転し、更に室内送風ファンの回転を最低風量で運転するようにしたものである。

この発明によれば、除霜運転の実行中に室内送風ファンを最低風量で運転することにより、使用者に不快感をあたえることなく、除霜運転をすることができる。
また、温水回路と冷凍回路の温度低下を少なくでき除霜運転の時間を短縮できるものである。

この発明一実施例の概略説明図。 同フローチャート図。

次に、この発明に係る空気調和機を図面に示された一実施例で説明する。
１は空気調和機の室外機で、水平仕切板２にて上下２室に分けられ、下部には冷凍回路室３を、上部には温水回路室４を備え、温水連絡配管５によって室内機６と接続されている。
前記冷凍回路室３の内部には圧縮機７、四方弁８、室外熱交換器９、膨張弁１０、室外送風ファン１１と冷凍回路制御部１２等を設けている。
前記温水回路室４の内部には、水−冷媒熱交換器１３、補助ヒータ１４、温水タンク１５、循環ポンプ１６、温水接続バルブ１７と温水回路制御部１８等を設けている。
前記室内機６内にはフィンチューブ式の室内熱交換器１９と室内送風ファン２０と室内制御部２１を備えている。
２２は前記圧縮機７と四方弁８、水−冷媒熱交換器１３、膨張弁１０、室外熱交換器９を冷媒配管２３で連通した冷凍回路。

前記四方弁８は温水暖房機の移設や修理等のアフターサービス時に使用するものなので通常の暖房運転では不要なものである。
前記室外熱交換器９は多数の薄板状アルミニューム製フィンを銅管で貫通したフィンチューブ式の熱交換器で、冷媒流通経路を上下に分割し、上側冷媒流通経路２４は大きく、その下部に比較的小さな下側冷媒流通経路２５を設けている。

前記上側冷媒流通経路２４と下側冷媒流通経路２５の間には前記膨張弁１０を備え、暖房運転時には圧縮機７の回転数や冷凍回路の状態に応じて冷凍回路制御部１２からの指令に応じた開度で絞られ、水−冷媒熱交換１３から戻り、下側冷媒流通経路２５で放熱後の比較的熱い冷媒を膨張弁１０で絞られて減圧することで低温になった冷媒が上側冷媒流通経路２４を低温にして空気から吸熱し圧縮機７へ送られる。ここでは、下側冷媒流通経路２５によって吐出圧力の上昇を抑えことができるので、圧縮機７の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる。また、除霜運転での溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができるものである。

２６は前記水−冷媒熱交換器１３と補助ヒータ１４、温水タンク１５、循環ポンプ１６とを、前記温水接続バルブ１７と温水連絡配管５を介して室内機６の室内熱交換器１９と連通した温水回路で、前記循環ポンプ１６と一方の温水接続バルブ１７の間と、他方の温水接続バルブ１７と水−冷媒熱交換器１３の間をバイパス回路２７で接続して温水の循環量を調整している。

前記圧縮機７は冷凍回路制御部１２に備えたインバータ駆動回路（図示せず）にて必要な熱量に応じて多段階に回転数を変化するものである。
前記膨張弁１０は電子式の膨張弁で圧縮機７の回転数や冷凍回路の各部温度等によって冷凍回路制御部１２にて開度が制御されるものである。
前記室外送風ファン１１は樹脂製のプロペラファンで、回転数可変の送風モータ（図示せず）によって回転し、前記室外熱交換器９に送風して熱交換を行うものである。

前記室内機６は室内送風ファン２０の駆動で、前面及び上面に備えた吸込口（図示せず）から室内の空気を吸い込んで、前記室内熱交換器１９で熱交換した後、前面下部に備えた吹出口（図示せず）から室内へ温度調整された空気を送風するものである。

前記水−冷媒熱交換器１３は、外管の内部に内管を挿入した二重管で構成されている。内管の外表面は、多数のフィンを立設し、内管の内外における熱交換効率を高めるように構成されている。この二重管の内管内部を水が通過する温水経路（図示せず）とし、内管と外管との間を冷媒が通過する冷媒経路（図示せず）とすることにより、冷媒と水との間で熱交換して通過する水を加熱することが可能となる。

２８は前記圧縮機７吐出側の冷媒配管に取り付けられた吐出温センサで、圧縮機７の吐出温度を測定し、前記冷凍回路制御部１２へ信号を送る。２９は冷凍回路室３内の室外送風経路（図示せず）の上流側に設けられた外気温センサで、外気温を測定する。３０は前記室外熱交換器９に取り付けられ室外熱交換器９の温度を測定して、除霜運転を制御するための熱交センサである。３１は水−冷媒熱交換器１５の中程に取り付けられ、冷媒の温度を測定する冷媒中間センサである。

３２は前記水−冷媒熱交換器１３と補助ヒータ１４の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定する往き温水センサ。３３は前記補助ヒータ１４と温水タンク１５の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定するヒータ配管センサで、前記水−冷媒熱交換器１３と補助ヒータ１４で加熱後の温水温度を検知するものであり、温水回路２２内の最高温度を示すものである。３４は室内熱交換器１９と水−冷媒熱交換器１３の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定する戻り温水センサである。３５は補助ヒータ１４の過熱を検知する安全サーモで、補助ヒータ１４の上面に２つ取り付けられ、補助ヒータ１４温度の異常上昇による故障や火災の発生を防止する。３６は室内機６の室内空気吸込側に設けた室温センサ。

前記室内送風ファン２０の回転数は約６００回転／分〜１，４００回転／分の間で多段階に変化し、この回転数に応じて風量及び暖房熱量が変化するものである。また、通常室内送風ファン２０の回転数は風量設定スイッチ（図示せず）によって自動、微風、中風、強風等に設定可能であり、自動運転の場合には設定室温と現在室温の温度差に応じて、前記回転数の範囲を５段階に変化するものであり、微風では約６００回転／分、中風では約９００回転／分、強風では約１，４００回転／分で一定風量で運転するものである。

暖房運転について説明すれば、圧縮機７から吐出された冷媒は四方弁８を通過して、水−冷媒熱交換器１３によって温水回路２６の温水を加熱して室内機６の室内熱交換器１９内に高温の温水が流れ、室内送風ファン１１にて温風による暖房が行われる。暖房運転時には膨張弁１０は圧縮機７の回転数や冷凍回路の状態に応じて冷凍回路制御部１２からの指令に応じた開度で絞られ、水−冷媒熱交換１３から戻った比較的熱い冷媒が室外熱交換器９の下側冷媒流通経路２５を加熱した後、膨張弁１０で絞られて減圧することで低温になった冷媒が上側冷媒流通経路２４を低温にして空気から吸熱し圧縮機７へ送られる。ここでは、下側冷媒流通経路２５によって吐出圧力の上昇を抑えことができるので、圧縮機７の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる。また、除霜運転での溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができるものである。

外気温が０℃近くまで低下する状態で暖房運転を継続すると、室外熱交換器９の上側冷媒流通経路２４の表面には徐々に霜が発生し、この霜による目詰まりで熱交換が阻害されるので、この霜を融かすために外気温センサ２９や熱交センサ３０の数値や暖房運転時間等に応じて、除霜運転が必要になる。除霜運転を開始すれば、膨張弁１０を全開し圧縮機７をフルパワーで運転する、補助ヒータ１４は不足する熱量を補うために通電する、更に室内送風ファン２０の回転を最低風量（最低回転数）で運転し、暖房運転を継続しながら除霜運転を行うものである。

このように、除霜運転の実行中に室内送風ファンを最低風量で運転することにより、使用者に不快感をあたえることなく、除霜運転をすることができる。
また、温水回路と冷凍回路の温度低下を少なくでき除霜運転の時間を短縮できるものである。

また、他の実施例として図２のフローチャートを説明すれば、暖房運転継続中（ｓｔ１）に室外熱交温度や外気温、運転時間等の除霜条件が成立すれば（ｓｔ２）、膨張弁１０を全開し、室内送風ファン２０を中風の９００回転／分に下げ、圧縮機７を最高回転数１，２００回転／分にして除霜運転を開始する。（ｓｔ３）
次に、ステップ４にてヒータ配管センサ３３の温度が４０℃まで低下するかを検知し、４０℃まで低下した時には、室内送風ファン２０の風量を最低風量の６００回転／分まで再度下げて（ｓｔ５）、ステップ６にて除霜解除条件が成立するまで、この除霜運転運転を継続し、除霜解除条件が成立すれば、通常の暖房運転に戻り、圧縮機７や膨張弁１０の開度は暖房運転状態に戻る。

このように、温水タンク１５の容量を大きくしたり、補助ヒータ１４の出力を大きくする等で、温水回路２６に蓄える熱量を大きくすることで、室内送風ファン２０の回転を最低風量（最低回転数、約６００回転／分）まで下げなくともヒータ配管センサ３３の温度は所定値Ｘ（例えば４０℃）までは中風量（例えば９００回転／分）で暖房運転を継続しながら除霜を行い、ヒータ配管センサ３３の温度が所定値Ｘより下がったときに、室内送風ファン２０の回転を最低風量（最低回転数、６００回転／分）に切り換えるようにすれば、更に使用者に不快感をあたえることなく、除霜運転をすることができるものである。

１ 室外機
６ 室内機
７ 圧縮機
９ 室外熱交換器
１０ 膨張弁
１３ 水−冷媒熱交換器
１４ 補助ヒータ
１５ 温水タンク
１９ 室内熱交換器
２０ 室内送風ファン
３３ ヒータ配管センサ

Claims (2)

1. 室外機の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、室外熱交換器、室外送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、補助ヒータ、温水タンク、循環ポンプと温水接続バルブ等を備え、この温水接続バルブと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続して温水循環回路を形成し、温水によって加熱された前記室内熱交換器に室内送風ファンで送風して温風により室内を暖房するヒートポンプ式温水暖房機に於いて、低外気温時で前記室外熱交換器に発生した霜を取り除く除霜運転時には、前記膨張弁を全開にすると共に、補助ヒータを運転し、更に室内送風ファンの回転を最低風量で運転することを特徴とするヒートポンプ式温水暖房機。
2. 室外機の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、室外熱交換器、室外送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、補助ヒータ、温水タンク、循環ポンプと温水接続バルブ等を備え、この温水接続バルブと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続して温水循環回路を形成し、温水によって加熱された前記室内熱交換器に室内送風ファンで送風して温風により室内を暖房するヒートポンプ式温水暖房機に於いて、前記補助ヒータと温水タンクの間の温水循環回路にヒータ配管センサを設け、低外気温時で前記室外熱交換器に発生した霜を取り除く除霜運転時には、前記膨張弁を全開にすると共に、補助ヒータを運転し、更に室内送風ファンの回転をヒータ配管センサに応じた風量で運転することを特徴とするヒートポンプ式温水暖房機。

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