JP2018013257A - Heat Pump Water Heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater.
従来、この種のヒートポンプ給湯機として、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続した冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、湯水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクの下部と上部とを環状に水配管で接続して構成され、途中に放熱器とポンプが設けられた加熱回路と、を備えたものがある。このヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク下部の湯水をポンプによって放熱器に送り、湯水を加熱して貯湯タンクの上部へと戻すことで、貯湯タンクに湯水を貯留する(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of heat pump water heater, a heat pump device having a refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a decompression device, and an evaporator are connected in a ring shape with a refrigerant pipe, a hot water storage tank for storing hot water, and a lower portion of the hot water storage tank, Some have a heating circuit that is formed by connecting an upper part with a water pipe in a ring shape and is provided with a radiator and a pump in the middle. This heat pump water heater stores hot water in a hot water storage tank by sending hot water from the lower part of the hot water storage tank to a radiator, heating the hot water and returning it to the upper part of the hot water storage tank (see, for example, Patent Document 1).
また、このヒートポンプ給湯機は、放熱器の入水温度が所定温度よりも高くなった場合には、ポンプ回転数を増加させる。これにより、放熱器での熱交換量を増大させて、ヒートポンプ装置の高圧上昇を抑制するようにしている。 Further, this heat pump water heater increases the pump rotation speed when the incoming water temperature of the radiator becomes higher than a predetermined temperature. As a result, the amount of heat exchange in the radiator is increased to suppress an increase in the high pressure of the heat pump device.
また、この種のヒートポンプ給湯機として、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、湯水を貯留する貯湯タンクとを備え、放熱器を、冷媒配管を螺旋状に巻き回して構成したものがある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, this type of heat pump water heater includes a refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a decompressor, and an evaporator are connected in a ring shape with a refrigerant pipe, and a hot water storage tank for storing hot water. There exists what was comprised by spirally winding (for example, refer patent document 2).
前記特許文献1の構成では、放熱器への入水温度が上昇し、冷媒回路の高圧側圧力が上昇しやすい運転条件において、ポンプで放熱器を流れる被加熱体(水)の流量を増大させて熱交換量を増大させれば、冷媒回路の高圧側圧力の上昇を抑制することが可能である。 In the configuration of Patent Document 1, the flow rate of the heated body (water) flowing through the radiator with the pump is increased under operating conditions in which the temperature of water entering the radiator increases and the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit tends to increase. If the amount of heat exchange is increased, it is possible to suppress an increase in the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit.
一方、冷媒配管をタンクの外周に巻き回して放熱器を構成した特許文献2の構成では、被加熱体を流動させて熱交換量を増大させることができない。よって、貯湯タンク内部の被加熱体の温度が上昇すると、図5に示すように、冷媒回路の高圧側圧力が上昇し、過大圧力が発生する場合があった。
On the other hand, in the configuration of
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒回路の高圧側圧力が過大圧力となることを防止したヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing the heat pump water heater which prevented that the high voltage | pressure side pressure of a refrigerant circuit became an excessive pressure.
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給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、前記蒸発器に空気を送風するファンと、湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに設けられたタンク温度センサと、少なくとも前記ファンの動作を制御する制御装置と、を備え、前記放熱器は、前記冷媒配管を前記貯湯タンクの外周に巻き付けて構成されており、かつ、前記貯湯タンク内の湯水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数は低いことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a heat pump water heater of the present invention includes a compressor, a radiator, a decompression device, a refrigerant circuit in which an evaporator is annularly connected by a refrigerant pipe, and air is blown to the evaporator. A fan, a hot water storage tank for storing hot water, a tank temperature sensor provided in the hot water storage tank, and a control device for controlling at least the operation of the fan, wherein the radiator connects the refrigerant pipe to the hot water storage tank. The number of rotations of the fan is lower when the temperature of the hot water in the hot water storage tank is higher than when the temperature of the hot water is low.
これにより、貯湯タンク内の水温が高く、冷媒回路の高圧側圧力が上昇しやすい条件でファンの回転数を低下させるので、蒸発能力が低下し、その結果、冷媒回路の高圧側圧力が過大となることを防止できる。 This reduces the rotational speed of the fan under conditions where the water temperature in the hot water storage tank is high and the high pressure side pressure of the refrigerant circuit is likely to increase, resulting in a decrease in evaporation capacity, and as a result, the high pressure side pressure of the refrigerant circuit is excessive. Can be prevented.
本発明によれば、冷媒回路の高圧側圧力が過大圧力となることを防止したヒートポンプ給湯機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump water heater which prevented the high pressure side pressure of a refrigerant circuit from becoming excessive pressure can be provided.
第1の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、前記蒸発器に空気を送風するファンと、湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに設けられたタンク温度センサと、少なくとも前記ファンの動作を制御する制御装置と、を備え、前記放熱器は、前記冷媒配管を前記貯湯タンクの外周に巻き付けて構成されており、かつ、前記貯湯タンク内の湯水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数は低いことを特徴とするヒートポンプ給湯機である。 A first invention includes a compressor, a radiator, a decompression device, a refrigerant circuit in which an evaporator is annularly connected by a refrigerant pipe, a fan for blowing air to the evaporator, a hot water storage tank for storing hot water, A tank temperature sensor provided in the hot water storage tank, and a control device that controls at least the operation of the fan, the radiator is configured by winding the refrigerant pipe around the outer periphery of the hot water storage tank, and The heat pump water heater is characterized in that the rotational speed of the fan is lower when the temperature of the hot water in the hot water storage tank is higher than when the temperature is low.
これにより、貯湯タンク内の水温が高く、冷媒回路の高圧側圧力が上昇しやすい条件でファンの回転数を低下させるので、蒸発能力が低下し、その結果、冷媒回路の高圧側圧力が過大となることを防止できる。 This reduces the rotational speed of the fan under conditions where the water temperature in the hot water storage tank is high and the high pressure side pressure of the refrigerant circuit is likely to increase, resulting in a decrease in evaporation capacity, and as a result, the high pressure side pressure of the refrigerant circuit is excessive. Can be prevented.
第2の発明は、特に、第1の発明において、外気温度を検出する外気温度センサを備え、前記外気温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数を低下させるときの低下量は大きいことを特徴とするものである。 In particular, the second invention includes an outside temperature sensor for detecting the outside temperature in the first invention, and the lowering of the fan speed is lower when the outside temperature is higher than when the outside temperature is low. The quantity is characterized by being large.
これにより、蒸発器での吸熱量は、外気温度が高いほど多くなるから、外気温度が相対的に高いときに、ファンの回転数の低下量を大きくすることで、蒸発器での吸熱量を低下させ、蒸発能力を減ずることで、冷媒回路の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。 As a result, the amount of heat absorbed by the evaporator increases as the outside air temperature increases, so when the outside air temperature is relatively high, the amount of heat absorbed by the evaporator can be reduced by increasing the amount of decrease in the rotational speed of the fan. By reducing and reducing the evaporation capability, an excessive increase in the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit can be more reliably suppressed.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、前記圧縮機からの冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、を備え、前記減圧装置は電子膨張弁であり、前記圧縮機からの冷媒の吐出温度が、前記貯湯タンク内の湯水の温度と前記外気温度とから決定される目標吐出温度となるように、前記電子膨張弁の開度を制御することを特徴とするものである。 In particular, the third invention is the first or second invention, further comprising: a discharge temperature sensor that detects a discharge temperature of the refrigerant from the compressor; and an outside air temperature sensor that detects an outside air temperature; Is an electronic expansion valve, and the degree of opening of the electronic expansion valve is such that the refrigerant discharge temperature from the compressor becomes a target discharge temperature determined from the temperature of the hot water in the hot water storage tank and the outside air temperature. It is characterized by controlling.
これにより、圧縮機に蒸発器から吸入される冷媒状態を、最適(乾き度1)とすることができ、冷媒回路の高効率化することができるとともに、圧縮機からの吐出温度、ひいて
は、冷媒回路の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。
As a result, the refrigerant state sucked into the compressor from the evaporator can be optimized (dryness of 1), the efficiency of the refrigerant circuit can be improved, the discharge temperature from the compressor, and the refrigerant An excessive increase in the high-pressure side pressure of the circuit can be suppressed more reliably.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(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給湯機の概略構成を示すものである。図1に示すように、このヒートポンプ給湯機100は、圧縮機1、放熱器4、減圧装置3、蒸発器2が冷媒配管81で順に環状に接続された冷媒回路80と、湯水を貯留する貯湯タンク6とを備えている。冷媒回路80を循環する冷媒としては、R410A、R407C、R134a、R32等のフロン系冷媒や、二酸化炭素等の自然冷媒を用いることができる。なお、本実施の形態では、フロン系冷媒を用い、冷媒回路80の高圧側圧力が亜臨界状態で運転する仕様としている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a heat pump water heater in the present embodiment. As shown in FIG. 1, this heat
減圧装置3としては、開度調整が自在な電子膨張弁や、キャピラリーチューブを用いることができる。本実施の形態では、電子膨張弁を用いている。 As the decompression device 3, an electronic expansion valve or a capillary tube whose opening degree can be freely adjusted can be used. In this embodiment, an electronic expansion valve is used.
放熱器4は、冷媒配管81が貯湯タンク6の外周に螺旋状に巻き付け固定されている。圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒が、放熱器4を構成する冷媒配管を流れ、貯湯タンク6内の湯水に放熱することで、貯湯タンク6の内部の湯水が加熱される。
In the radiator 4, a
蒸発器2の近傍には、蒸発器2に空気を送風するためのファン7が設けられている。ファン7の回転数は自在に調整することができる。また、蒸発器2の近傍には外気温度を検出する外気温度センサ11が設けられている。また、圧縮機1からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ12が設けられている。
A fan 7 for blowing air to the
貯湯タンク6には、貯湯タンク6に水を供給する給水管8と、貯湯タンク6内部の湯水を出湯させる出湯管9とが接続されている。給水管8は貯湯タンク6の下部に接続され、出湯管9は貯湯タンク6の上部に接続されている。
Connected to the hot
また、貯湯タンク6の高さ方向略中央部に、貯湯タンク6内の湯水の温度(貯湯タンク6の外表面の温度でも良い)を検出するタンク温度センサ10が配置されている。なお、タンク温度センサ10は、貯湯タンク6の高さ方向に所定の間隔をおいて複数設けられていてもよい。
In addition, a
制御装置13は、貯湯タンク6内の湯水を加熱する加熱運転を行う。制御装置13は、タンク温度センサ10、外気温度センサ11の検出温度に基づいて、圧縮機1の回転数、減圧装置3である電子膨張弁の開度、ファン7の回転数の少なくともいずれかを制御する。なお、ヒートポンプ給湯機100には、その他のセンサが設けられていてもよい。
The
加熱運転において、圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器4に流入し、貯湯タンク6内の湯水に放熱して、全部または一部が凝縮する。放熱器4から流出した冷媒は、減圧装置3である電子膨張弁によって減圧され、蒸発器2に流入する。
In the heating operation, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the radiator 4, dissipates heat to the hot water in the hot
蒸発器2において、冷媒は、ファン7によって送風された空気と熱交換を行い、蒸発する。その後、圧縮機1に再度吸入される。この動作が繰り返されることにより、貯湯タンク6内の湯水が加熱される
ここで、放熱器4を構成する冷媒配管は、冷媒が、貯湯タンク6の外表面の上部から下部に向けて流れるように構成されていることが好ましい。すなわち、放熱器4において、相対的に高温な冷媒が、貯湯タンク6の外表面の上部に存在していることが好ましい。貯
湯タンク6の内部には、給水管8を介して下部から低温の水が流入し、貯湯タンク6内の湯は、出湯管9から流出する。
In the
したがって、貯湯タンク6の下部の温度は相対的に低温となる。冷媒が貯湯タンク6の外表面の上部から下部に向けて流れるように構成されていると、冷媒が、放熱器4のうち貯湯タンク6の下方の部分で貯湯タンク6内の低温の水に放熱するので、放熱器4におけるエンタルピー差が増大する。その結果、蒸発器2での冷媒の吸熱量を増大させることができるので、ヒートポンプ装置としての加熱効率を向上させることができる。
Therefore, the temperature at the lower part of the hot
貯湯タンク6内の湯水の温度(タンク温度)は、加熱運転の開始とともに、図2に示すように、次第に上昇する。また、タンク温度の上昇に伴って、冷媒回路80内の高圧側圧力も次第に上昇する。
The temperature of the hot water in the hot water storage tank 6 (tank temperature) gradually increases with the start of the heating operation, as shown in FIG. Further, as the tank temperature rises, the high-pressure side pressure in the
タンク温度が上昇すると、放熱器4における冷媒と被加熱体(貯湯タンク6内の湯水)との温度差が減少して熱交換量が低下する。これにより、冷媒が十分に放熱することなく放熱器4から流出し、蒸発圧力が増大するとともに凝縮圧力(高圧側圧力)が増大して、高圧側圧力が、冷媒回路80の運転範囲として定められる上限圧力を超えてしまう場合がある。
When the tank temperature rises, the temperature difference between the refrigerant in the radiator 4 and the heated object (hot water in the hot water storage tank 6) decreases, and the heat exchange amount decreases. As a result, the refrigerant flows out of the radiator 4 without sufficiently radiating heat, the evaporation pressure increases, the condensation pressure (high pressure side pressure) increases, and the high pressure side pressure is determined as the operating range of the
特に、冷媒配管81を貯湯タンク6の外周に巻き回して放熱器4を構成する場合には、放熱器4における被加熱体(貯湯タンク6内の湯水)を流動させることができないため、タンク温度の上昇が、高圧側圧力の上昇に直接的に影響し、高圧側圧力の上昇が著しい。したがって、タンク温度の上昇に起因した高圧側圧力の過度な上昇を防止することが必要となる。
In particular, when the radiator 4 is formed by winding the
本発明では、図2に示すように、制御装置13が、加熱運転において、貯湯タンク6内の湯水の温度に応じて、ファン7の回転数を低下させる。すなわち、制御装置が、タンク温度センサ10の検出温度が低いときよりも高いときに、ファンの回転数を低下させる。これにより、蒸発器2での冷媒の吸熱量が低減し、それに伴って冷媒回路80の高圧側圧力を低下させることができる。
In the present invention, as shown in FIG. 2, the
制御装置13は、タンク温度センサ10の検出温度が所定温度(例えば、50度)となったときにファンの回転数を低下させ、その後、タンク温度センサ10の検出温度が所定温度上昇する毎に、ファン7の回転数を段階的に低下させる。これにより、図4(a)(b)に示すように、冷媒回路80の高圧側圧力を上限圧力未満に保ちつつ、加熱運転を実行して、湯水を設定温度まで加熱することができる。
The
なお、タンク温度センサ10を複数設けた場合には、下方に設けられたタンク温度センサ10の検出温度に応じて、ファン7の回転数を低下させることが好ましい。
When a plurality of
また、制御装置13は、タンク温度センサ10の検出温度が所定温度となったときにファン7の回転数を低下させるが、そのときの低下量を、外気温度センサ11で検出された外気温度によって変更する。
The
すなわち、図3(a)(b)に示すように、外気温度が低いときよりも高いときのほうが、ファン7の回転数の低下量を大きくする。蒸発器2での吸熱量は、外気温度が高いほど多くなるから、外気温度が相対的に高いときに、ファン7の回転数の低下量を大きくすることで、蒸発器2での吸熱量を低下させ、蒸発能力を減ずることで、冷媒回路80の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。
That is, as shown in FIGS. 3A and 3B, the amount of decrease in the rotational speed of the fan 7 is increased when the outside air temperature is higher than when the outside air temperature is low. Since the amount of heat absorbed by the
次に、圧縮機1からの冷媒の吐出温度の目標吐出温度の決定方法について説明する。タンク温度センサ10で検出された貯湯タンク6内の湯水の温度と、外気温度センサ11で検出された外気温度から、制御装置13に予め設定してある目標吐出温度を決定し、吐出温度センサ12で検出される温度が、目標吐出温度となるように、制御装置13は、減圧装置3である電子膨張弁の開度を制御する。
Next, a method for determining the target discharge temperature of the refrigerant discharge temperature from the compressor 1 will be described. A target discharge temperature preset in the
なお、制御装置13に予め設定してある目標吐出温度は、貯湯タンク6内の湯水の温度と外気温度とが高いほど、目標吐出温度も高くなり、かつ、圧縮機1に蒸発器2から吸入される冷媒の状態が最適(乾き度1)となるように設定してある。
The target discharge temperature set in advance in the
これは、高圧側圧力が亜臨界状態で運転する仕様の冷媒回路80においては、高圧側圧力と貯湯タンク6内の湯水の温度とは相関関係にあるため、貯湯タンク6内の湯水の温度タンクから、冷媒回路80の高圧側圧力を推定し、圧縮機1に蒸発器2から吸入される冷媒の最適状態(乾き度1)から最適目標吐出温度を算出し、予め設定しているのである。
This is because the high pressure side pressure and the temperature of the hot water in the hot
これにより、圧縮機1に蒸発器2から吸入される冷媒状態を最適(乾き度1)とすることができ、冷媒回路80の高効率化することができるとともに、圧縮機1からの冷媒の吐出温度、ひいては、冷媒回路80の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。
As a result, the state of the refrigerant sucked into the compressor 1 from the
また、過大圧力抑制のため開度調整可能な電子式の減圧装置3を搭載した冷媒回路においては、電子膨張弁の開度を大きくするのみでも、冷媒回路80の高圧側圧力の抑制は可能であるが、ファン7の回転数低減による冷媒回路80の高圧側圧力の調整と比較すると、冷媒回路80の高圧側圧力の調整範囲が狭いため、高圧抑制効果は少ない。また、キャピラリーチューブや感温式、感圧式膨張弁などの減圧装置3を搭載した場合には、高圧抑制効果を実現することは不可能である。
Further, in the refrigerant circuit equipped with the electronic pressure reducing device 3 whose opening degree can be adjusted to suppress excessive pressure, the high pressure side pressure of the
したがって、本実施の形態においては、制御装置13が、圧縮機1、減圧装置3である電子膨張弁、ファン7の動作を制御することで、圧縮機1からの冷媒の吐出温度が目標吐出温度となるようにし、かつ、冷媒回路80の高圧側圧力の調整を行うことで、冷媒回路80の高効率化を行っているとともに、圧縮機1からの冷媒の吐出温度、ひいては、冷媒回路80の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制しているのである。
Therefore, in the present embodiment, the
本発明によれば、加熱運転時の冷媒回路の高圧側圧力の増大を防止することができるので、家庭用、業務用のヒートポンプ給湯機として適用することができる。 According to the present invention, an increase in the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit during the heating operation can be prevented, so that the present invention can be applied as a household or commercial heat pump water heater.
1 圧縮機
2 蒸発器
3 減圧装置
4 放熱器
6 貯湯タンク
7 ファン
8 給水管
9 出湯管
10 タンク温度センサ
11 外気温度センサ
12 吐出温度センサ
13 制御装置
80 冷媒回路
81 冷媒配管
100 ヒートポンプ給湯機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記蒸発器に空気を送風するファンと、
湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに設けられたタンク温度センサと、
少なくとも前記ファンの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記放熱器は、前記冷媒配管を前記貯湯タンクの外周に巻き付けて構成されており、
かつ、前記貯湯タンク内の湯水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数は低いことを特徴とするヒートポンプ給湯機。 A refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a decompressor, and an evaporator are annularly connected by a refrigerant pipe;
A fan for blowing air to the evaporator;
A hot water storage tank for storing hot water,
A tank temperature sensor provided in the hot water storage tank;
A control device that controls at least the operation of the fan,
The radiator is configured by winding the refrigerant pipe around the hot water storage tank,
The heat pump water heater is characterized in that the rotational speed of the fan is lower when the temperature of the hot water in the hot water storage tank is higher than when the temperature is low.
A discharge temperature sensor for detecting a discharge temperature of the refrigerant from the compressor, and an outside air temperature sensor for detecting an outside air temperature, the pressure reducing device is an electronic expansion valve, and a discharge temperature of the refrigerant from the compressor is The opening degree of the electronic expansion valve is controlled so that the target discharge temperature determined from the temperature of the hot water in the hot water storage tank and the outside air temperature is reached. Heat pump water heater.
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