JP3297657B2 - ヒートポンプ式給湯器 - Google Patents
ヒートポンプ式給湯器Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
- F24H4/02—Water heaters
- F24H4/04—Storage heaters
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ式給
湯器に関する。
湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術として、特開平１０−８９８１
６号公報に開示されたヒートポンプシステムがある。こ
のシステムは、給湯運転時と除霜運転時とで冷媒回路を
循環する冷媒の流れ方向を切り替えて、給湯運転時に凝
縮器として機能する水熱交換器を除霜運転時に蒸発器と
して使用し、給湯運転時に蒸発器として機能する室外熱
交換器を除霜運転時に蒸発器として使用する。これによ
り、給湯運転で加熱された貯湯水の温熱を水熱交換器で
吸収し、フロストした室外熱交換器にて放熱することで
室外熱交換器の除霜を行うことができる。
６号公報に開示されたヒートポンプシステムがある。こ
のシステムは、給湯運転時と除霜運転時とで冷媒回路を
循環する冷媒の流れ方向を切り替えて、給湯運転時に凝
縮器として機能する水熱交換器を除霜運転時に蒸発器と
して使用し、給湯運転時に蒸発器として機能する室外熱
交換器を除霜運転時に蒸発器として使用する。これによ
り、給湯運転で加熱された貯湯水の温熱を水熱交換器で
吸収し、フロストした室外熱交換器にて放熱することで
室外熱交換器の除霜を行うことができる。
【０００３】また、特開平７−９９２９７号公報の空気
調和機では、圧縮機の吐出側管路から分岐して室外熱交
換器の入口側に接続されるバイパス回路を設け、圧縮機
から吐出された高温ガスの一部をバイパス回路に流して
室外熱交換器の除霜を行うシステムが開示されている。
調和機では、圧縮機の吐出側管路から分岐して室外熱交
換器の入口側に接続されるバイパス回路を設け、圧縮機
から吐出された高温ガスの一部をバイパス回路に流して
室外熱交換器の除霜を行うシステムが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のシス
テムでは、給湯運転から除霜運転に切り替えるために多
数の除霜用機能部品を設ける必要がある。つまり、室外
熱交換器を除霜運転時に蒸発器として使用する方式で
は、冷媒の流れ方向を切り替えるための四方弁及び複数
の開閉弁等が必要となり、圧縮機から吐出された高温ガ
スを直接室外熱交換器へ流す方式では、バイパス回路及
び複数の開閉弁等が必要となる。これらの場合、多数の
除霜用機能部品を設けることでシステムコストが増大
し、且つサイクル構成が複雑化することで信頼性が低下
すると言った問題を生じる。
テムでは、給湯運転から除霜運転に切り替えるために多
数の除霜用機能部品を設ける必要がある。つまり、室外
熱交換器を除霜運転時に蒸発器として使用する方式で
は、冷媒の流れ方向を切り替えるための四方弁及び複数
の開閉弁等が必要となり、圧縮機から吐出された高温ガ
スを直接室外熱交換器へ流す方式では、バイパス回路及
び複数の開閉弁等が必要となる。これらの場合、多数の
除霜用機能部品を設けることでシステムコストが増大
し、且つサイクル構成が複雑化することで信頼性が低下
すると言った問題を生じる。
【０００５】特に、ヒートポンプサイクルの冷媒として
臨界圧力以上まで加圧されるＣＯ2を使用した場合、冷
媒通路を開閉する四方弁及び開閉弁には、高圧下でも耐
えうる高精度のシール性能が要求される。このような弁
は非常に高価であり、システムコストが増大する大きな
要因となっている。本発明は、上記事情に基づいて成さ
れたもので、その目的は、システムの信頼性を低下させ
ることなく、且つコストの増大を招くことなく除霜運転
を実行できるヒートポンプ式給湯器を提供することにあ
る。
臨界圧力以上まで加圧されるＣＯ2を使用した場合、冷
媒通路を開閉する四方弁及び開閉弁には、高圧下でも耐
えうる高精度のシール性能が要求される。このような弁
は非常に高価であり、システムコストが増大する大きな
要因となっている。本発明は、上記事情に基づいて成さ
れたもので、その目的は、システムの信頼性を低下させ
ることなく、且つコストの増大を招くことなく除霜運転
を実行できるヒートポンプ式給湯器を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（請求項１の手段） 熱源用熱交換器の除霜を行う除霜制御手段は、除霜運転
を行う時に、減圧装置の弁開度を通常運転（貯湯槽内の
液体を循環通路に流通させて給湯用熱交換器で加熱する
運転）時より大きく（例えば全開）し、且つポンプの運
転を停止させるようになっており、通常運転と除霜運転
のいずれにおいても、ヒートポンプサイクルにおいて、
圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器、
の順に冷媒が流れることを特徴とする。これによれば、
圧縮機より吐出された高温冷媒（ホットガス）が給湯用
熱交換器で放出する熱エネルギー量を少なくでき、且つ
減圧装置でも減圧による温度低下を小さくできる。その
結果、圧縮機より吐出されたホットガスが大きく温度低
下することなく熱源用熱交換器まで到達して、熱源用熱
交換器の除霜を行うことができる。この場合、除霜運転
を行うための機能部品（例えば四方弁、開閉弁等）を新
たに追加する必要がなく、サイクル構成が複雑化するこ
とを防止でき、且つシステムコストの増大を防止でき
る。
を行う時に、減圧装置の弁開度を通常運転（貯湯槽内の
液体を循環通路に流通させて給湯用熱交換器で加熱する
運転）時より大きく（例えば全開）し、且つポンプの運
転を停止させるようになっており、通常運転と除霜運転
のいずれにおいても、ヒートポンプサイクルにおいて、
圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器、
の順に冷媒が流れることを特徴とする。これによれば、
圧縮機より吐出された高温冷媒（ホットガス）が給湯用
熱交換器で放出する熱エネルギー量を少なくでき、且つ
減圧装置でも減圧による温度低下を小さくできる。その
結果、圧縮機より吐出されたホットガスが大きく温度低
下することなく熱源用熱交換器まで到達して、熱源用熱
交換器の除霜を行うことができる。この場合、除霜運転
を行うための機能部品（例えば四方弁、開閉弁等）を新
たに追加する必要がなく、サイクル構成が複雑化するこ
とを防止でき、且つシステムコストの増大を防止でき
る。
【０００７】（請求項２の手段）ヒートポンプサイクル
に使用される冷媒は、ＣＯ2 である。この場合、サイク
ル内の高圧側が冷媒（ＣＯ2 ）の臨界圧力以上まで加圧
されるが、四方弁や開閉弁等のシール機能を有する除霜
用機能部品を必要としないため、システムコストを低く
抑えることができる。なお、本発明の減圧装置は、通常
運転でも完全に閉じることはなく、弁開度を変化させる
だけで常時開弁しているため、冷媒としてＣＯ2 を使用
する場合でも、高圧下で耐えうる高精度のシール性能を
要求されることはなく、安価に製造することが可能であ
る。
に使用される冷媒は、ＣＯ2 である。この場合、サイク
ル内の高圧側が冷媒（ＣＯ2 ）の臨界圧力以上まで加圧
されるが、四方弁や開閉弁等のシール機能を有する除霜
用機能部品を必要としないため、システムコストを低く
抑えることができる。なお、本発明の減圧装置は、通常
運転でも完全に閉じることはなく、弁開度を変化させる
だけで常時開弁しているため、冷媒としてＣＯ2 を使用
する場合でも、高圧下で耐えうる高精度のシール性能を
要求されることはなく、安価に製造することが可能であ
る。
【０００８】（請求項３の手段） 熱源用熱交換器の除霜を行う除霜制御手段は、除霜運転
を行う時に、減圧装置の弁開度を通常運転時より大きく
し、且つ貯湯槽に蓄えられている加熱された液体を給湯
用熱交換器に供給するようになっており、通常運転と除
霜運転のいずれにおいても、ヒートポンプサイクルにお
いて、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交
換器、の順に冷媒が流れることを特徴とする。これによ
れば、加熱された液体が給湯用熱交換器を流れること
で、給湯用熱交換器本体の温度が上昇する。これによ
り、圧縮機より吐出されるホットガスが給湯用熱交換器
を通過する際に、ホットガスの熱エネルギーが給湯用熱
交換器本体へ移動することによるホットガスの温度低下
を抑制できる。その結果、給湯用熱交換器での熱ロスを
低減できるので、除霜時間の短縮を図ることができる。
を行う時に、減圧装置の弁開度を通常運転時より大きく
し、且つ貯湯槽に蓄えられている加熱された液体を給湯
用熱交換器に供給するようになっており、通常運転と除
霜運転のいずれにおいても、ヒートポンプサイクルにお
いて、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交
換器、の順に冷媒が流れることを特徴とする。これによ
れば、加熱された液体が給湯用熱交換器を流れること
で、給湯用熱交換器本体の温度が上昇する。これによ
り、圧縮機より吐出されるホットガスが給湯用熱交換器
を通過する際に、ホットガスの熱エネルギーが給湯用熱
交換器本体へ移動することによるホットガスの温度低下
を抑制できる。その結果、給湯用熱交換器での熱ロスを
低減できるので、除霜時間の短縮を図ることができる。
【０００９】（請求項４の手段）ヒートポンプサイクル
に使用される冷媒は、ＣＯ2 である。この場合、請求項
２の発明と同様に、四方弁や開閉弁等のシール機能を有
する除霜用機能部品を必要としないため、システムコス
トを低く抑えることができる。また、本発明の減圧装置
は、冷媒としてＣＯ2 を使用する場合でも、高圧下で耐
えうる高精度のシール性能を要求されることはなく、安
価に製造することが可能である。
に使用される冷媒は、ＣＯ2 である。この場合、請求項
２の発明と同様に、四方弁や開閉弁等のシール機能を有
する除霜用機能部品を必要としないため、システムコス
トを低く抑えることができる。また、本発明の減圧装置
は、冷媒としてＣＯ2 を使用する場合でも、高圧下で耐
えうる高精度のシール性能を要求されることはなく、安
価に製造することが可能である。
【００１０】（請求項５の手段）除霜制御手段は、加熱
された液体を給湯用熱交換器に供給することにより、給
湯用熱交換器を所定温度まで加熱することを特徴とす
る。この場合、給湯用熱交換器での熱ロスをより小さく
できる最適な温度まで給湯用熱交換器本体を温度上昇さ
せることにより、短時間で効率的な除霜運転を行うこと
ができる。
された液体を給湯用熱交換器に供給することにより、給
湯用熱交換器を所定温度まで加熱することを特徴とす
る。この場合、給湯用熱交換器での熱ロスをより小さく
できる最適な温度まで給湯用熱交換器本体を温度上昇さ
せることにより、短時間で効率的な除霜運転を行うこと
ができる。
【００１１】（請求項６の手段）除霜制御手段は、給湯
用熱交換器が所定温度まで加熱されると、給湯用熱交換
器への加熱された液体の供給を停止することを特徴とす
る。この場合、給湯用熱交換器本体の温度上昇に消費さ
れる液体の熱エネルギーを必要最小限に抑えることがで
き、給湯用として利用できる熱エネルギーを確保でき
る。
用熱交換器が所定温度まで加熱されると、給湯用熱交換
器への加熱された液体の供給を停止することを特徴とす
る。この場合、給湯用熱交換器本体の温度上昇に消費さ
れる液体の熱エネルギーを必要最小限に抑えることがで
き、給湯用として利用できる熱エネルギーを確保でき
る。
【００１２】（請求項７の手段）除霜制御手段は、除霜
運転中、給湯用熱交換器に加熱された液体を継続して供
給することを特徴とする。この場合、給湯用熱交換器に
供給される加熱された液体の熱エネルギーは、除霜運転
の開始初期に給湯用熱交換器本体の温度上昇に消費され
るが、その後、給湯用熱交換器での熱ロスが略無くなる
温度まで上昇すると、給湯用熱交換器を通過するホット
ガスを加熱するために消費される。この結果、より短時
間で熱源用熱交換器の除霜を終了させることができる。
運転中、給湯用熱交換器に加熱された液体を継続して供
給することを特徴とする。この場合、給湯用熱交換器に
供給される加熱された液体の熱エネルギーは、除霜運転
の開始初期に給湯用熱交換器本体の温度上昇に消費され
るが、その後、給湯用熱交換器での熱ロスが略無くなる
温度まで上昇すると、給湯用熱交換器を通過するホット
ガスを加熱するために消費される。この結果、より短時
間で熱源用熱交換器の除霜を終了させることができる。
【００１３】（請求項８の手段）除霜制御手段は、ポン
プを逆回転させることで加熱された液体を給湯用熱交換
器に供給すること特徴とする。この場合、通常運転時に
使用するポンプを逆回転させるだけで貯湯槽内の加熱さ
れた液体を給湯用熱交換器に供給できるため、除霜運転
を行うための機能部品（例えば四方弁、開閉弁等）を新
たに追加する必要がなく、サイクル構成が複雑化するこ
とを防止でき、且つシステムコストの増大を防止でき
る。
プを逆回転させることで加熱された液体を給湯用熱交換
器に供給すること特徴とする。この場合、通常運転時に
使用するポンプを逆回転させるだけで貯湯槽内の加熱さ
れた液体を給湯用熱交換器に供給できるため、除霜運転
を行うための機能部品（例えば四方弁、開閉弁等）を新
たに追加する必要がなく、サイクル構成が複雑化するこ
とを防止でき、且つシステムコストの増大を防止でき
る。
【００１４】（請求項９の手段）除霜制御手段は、圧縮
機と給湯用熱交換器とを連通する冷媒通路の通路断面積
を可変する可変手段を有し、除霜運転時には通常運転時
よりも冷媒通路の通路断面積を小さくすることを特徴と
する。この場合、圧縮機によって冷媒のエンタルピを上
昇させ、このエンタルピを除霜のための熱エネルギーと
して利用できるため、貯湯槽内の液体の熱エネルギーの
消費を低減できる。
機と給湯用熱交換器とを連通する冷媒通路の通路断面積
を可変する可変手段を有し、除霜運転時には通常運転時
よりも冷媒通路の通路断面積を小さくすることを特徴と
する。この場合、圧縮機によって冷媒のエンタルピを上
昇させ、このエンタルピを除霜のための熱エネルギーと
して利用できるため、貯湯槽内の液体の熱エネルギーの
消費を低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。 （第１実施例）図１はヒートポンプ式給湯器１の全体構
成図である。本実施例のヒートポンプ式給湯器（以下給
湯器１と呼ぶ）は、給湯用の液体（例えば水）を貯留す
る貯湯槽２、液体を加熱するためのヒートポンプサイク
ルＣ、貯湯槽２内の液体が循環できる循環通路（後述す
る）、この循環通路に液体を循環させるウォータポンプ
３、及び給湯器１の作動を制御する制御装置（図示しな
い）等より構成される。
づいて説明する。 （第１実施例）図１はヒートポンプ式給湯器１の全体構
成図である。本実施例のヒートポンプ式給湯器（以下給
湯器１と呼ぶ）は、給湯用の液体（例えば水）を貯留す
る貯湯槽２、液体を加熱するためのヒートポンプサイク
ルＣ、貯湯槽２内の液体が循環できる循環通路（後述す
る）、この循環通路に液体を循環させるウォータポンプ
３、及び給湯器１の作動を制御する制御装置（図示しな
い）等より構成される。
【００１６】ヒートポンプサイクルＣは、圧縮機４、給
湯用熱交換器５、膨張弁６、室外熱交換器７、アキュム
レータ８を順次配管接続して構成され、冷媒としてＣＯ
2 を使用している。圧縮機４は、内蔵する電動モータ
（図示しない）によって駆動され、アキュムレータ８よ
り吸引した気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出す
る。給湯用熱交換器５は、圧縮機４より吐出された高温
冷媒（ホットガス）と貯湯槽２内から供給された液体と
を熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路（図示しな
い）と、液体が流れる液体通路（図示しない）とを有
し、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と液体通路を流れ
る液体の流れ方向とが対向するように構成されている。
なお、給湯用熱交換器５を流れる冷媒（ＣＯ2 ）は、圧
縮機４で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱
交換器５を流通する液体に放熱して温度低下しても凝縮
することはない。
湯用熱交換器５、膨張弁６、室外熱交換器７、アキュム
レータ８を順次配管接続して構成され、冷媒としてＣＯ
2 を使用している。圧縮機４は、内蔵する電動モータ
（図示しない）によって駆動され、アキュムレータ８よ
り吸引した気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出す
る。給湯用熱交換器５は、圧縮機４より吐出された高温
冷媒（ホットガス）と貯湯槽２内から供給された液体と
を熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路（図示しな
い）と、液体が流れる液体通路（図示しない）とを有
し、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と液体通路を流れ
る液体の流れ方向とが対向するように構成されている。
なお、給湯用熱交換器５を流れる冷媒（ＣＯ2 ）は、圧
縮機４で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱
交換器５を流通する液体に放熱して温度低下しても凝縮
することはない。
【００１７】膨張弁６は、給湯用熱交換器５から流出す
る冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧装置で、制御装置
によって弁開度を電気的に制御される。この膨張弁６の
一例を図２に基づいて説明する。膨張弁６は、ハウジン
グ９と、このハウジング９に内蔵される弁体１０と、弁
体１０を駆動する電磁アクチュエータ１１等より構成さ
れる。ハウジング９は、給湯用熱交換器５の流出側に連
通する流入口１２、室外熱交換器７の入口側に連通する
流出口１３、及び流入口１２と流出口１３とを連通する
冷媒流路１４を有し、その冷媒流路１４の途中に弁口１
５が形成されている。
る冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧装置で、制御装置
によって弁開度を電気的に制御される。この膨張弁６の
一例を図２に基づいて説明する。膨張弁６は、ハウジン
グ９と、このハウジング９に内蔵される弁体１０と、弁
体１０を駆動する電磁アクチュエータ１１等より構成さ
れる。ハウジング９は、給湯用熱交換器５の流出側に連
通する流入口１２、室外熱交換器７の入口側に連通する
流出口１３、及び流入口１２と流出口１３とを連通する
冷媒流路１４を有し、その冷媒流路１４の途中に弁口１
５が形成されている。
【００１８】弁体１０は、弁口１５の開度を調節するも
ので、針状に設けられ、その先端部（図２の下端部）が
円錐状に形成されて、弁口１５に対向して配置されてい
る。この弁体１０は、電磁クアチュエータ１１により駆
動されて図２の上下方向に移動することで弁口１５の開
口断面積（弁開度）を可変する。また、弁体１０の後部
側（図２の上部側）には雄ねじ部１０ａが形成されてい
る。電磁アクチュエータ１１は、ステップモータであ
り、制御装置により通電制御されるコイル１１ａと、こ
のコイル１１ａの磁力を受けて回転するマグネットロー
タ１１ｂとを有し、マグネットロータ１１ｂの中央部に
雌ねじ部１１ｃが形成され、この雌ねじ部１１ｃに弁体
１０の雄ねじ部１０ａがねじ結合されている。従って、
コイル１１ａの磁力を受けてマグネットロータ１１ｂが
回転すると、その回転角度に応じて弁体１０が図２の上
下方向に移動して弁開度を可変する。
ので、針状に設けられ、その先端部（図２の下端部）が
円錐状に形成されて、弁口１５に対向して配置されてい
る。この弁体１０は、電磁クアチュエータ１１により駆
動されて図２の上下方向に移動することで弁口１５の開
口断面積（弁開度）を可変する。また、弁体１０の後部
側（図２の上部側）には雄ねじ部１０ａが形成されてい
る。電磁アクチュエータ１１は、ステップモータであ
り、制御装置により通電制御されるコイル１１ａと、こ
のコイル１１ａの磁力を受けて回転するマグネットロー
タ１１ｂとを有し、マグネットロータ１１ｂの中央部に
雌ねじ部１１ｃが形成され、この雌ねじ部１１ｃに弁体
１０の雄ねじ部１０ａがねじ結合されている。従って、
コイル１１ａの磁力を受けてマグネットロータ１１ｂが
回転すると、その回転角度に応じて弁体１０が図２の上
下方向に移動して弁開度を可変する。
【００１９】室外熱交換器７（本発明の熱源用熱交換
器）は、膨張弁６で減圧された冷媒をファン１６によっ
て送風される外気との熱交換によって蒸発させる。アキ
ュムレータ８は、室外熱交換器７より流出する冷媒を気
液分離して、気相冷媒のみを圧縮機４に吸引させるとと
もに、サイクル中の余剰冷媒を蓄えている。
器）は、膨張弁６で減圧された冷媒をファン１６によっ
て送風される外気との熱交換によって蒸発させる。アキ
ュムレータ８は、室外熱交換器７より流出する冷媒を気
液分離して、気相冷媒のみを圧縮機４に吸引させるとと
もに、サイクル中の余剰冷媒を蓄えている。
【００２０】循環通路は、給湯用熱交換器５の液体通路
に接続される冷水管１７と温水管１８とから構成され、
冷水管１７の上流端が貯湯槽２の下部に設けられた流出
口２ａに接続され、温水管１８の下流端が貯湯槽２の上
部に設けられた流入口２ｂに接続されている。ウォータ
ポンプ３は、冷水管１７（温水管１８でも良い）に設け
られ、通電されて回転することにより、貯湯槽２内の液
体を循環通路に流通させる。なお、液体の流通方向は、
図１に矢印で示すように、貯湯槽２内の下部→流出口２
ａ→冷水管１７→給湯用熱交換器５の液体通路→温水管
１８→流入口２ｂ→貯湯槽２内の上部へと流れる。
に接続される冷水管１７と温水管１８とから構成され、
冷水管１７の上流端が貯湯槽２の下部に設けられた流出
口２ａに接続され、温水管１８の下流端が貯湯槽２の上
部に設けられた流入口２ｂに接続されている。ウォータ
ポンプ３は、冷水管１７（温水管１８でも良い）に設け
られ、通電されて回転することにより、貯湯槽２内の液
体を循環通路に流通させる。なお、液体の流通方向は、
図１に矢印で示すように、貯湯槽２内の下部→流出口２
ａ→冷水管１７→給湯用熱交換器５の液体通路→温水管
１８→流入口２ｂ→貯湯槽２内の上部へと流れる。
【００２１】制御装置は、圧縮機４（電動モータ）、フ
ァン１６、ウォータポンプ３、及び膨張弁６（ステップ
モータ）を通電制御して、貯湯槽２内に蓄えられる液体
の温度をコントロールする（通常運転）している。ま
た、制御装置は、本発明の除霜制御手段として機能を有
し、室外熱交換器７の出口温度を検出する温度センサ１
９の検出値に基づいて、室外熱交換器７の着霜を取り除
くための除霜運転を制御している。この除霜運転は、温
度センサ１９の検出値が約−５℃まで低下した時に開始
され、約１０℃まで上昇した時に終了する。
ァン１６、ウォータポンプ３、及び膨張弁６（ステップ
モータ）を通電制御して、貯湯槽２内に蓄えられる液体
の温度をコントロールする（通常運転）している。ま
た、制御装置は、本発明の除霜制御手段として機能を有
し、室外熱交換器７の出口温度を検出する温度センサ１
９の検出値に基づいて、室外熱交換器７の着霜を取り除
くための除霜運転を制御している。この除霜運転は、温
度センサ１９の検出値が約−５℃まで低下した時に開始
され、約１０℃まで上昇した時に終了する。
【００２２】次に、本実施例の作動を説明する。貯湯槽
２内の液体を給湯用熱交換器５に流通させて加熱する通
常運転時には、給湯用熱交換器５で加熱された液体の温
度が所定温度（例えば８５℃）となるように、ウォータ
ポンプ３によって給湯用熱交換器５を流通する液体流量
を制御する。なお、給湯用熱交換器５は、冷媒の流れ方
向と液体の流れ方向とが対向するように構成されている
ので、給湯用熱交換器５内を流れる液体は、液体入口か
ら液体出口に向かうほど温度が上昇する。ヒートポンプ
サイクルＣの膨張弁６は、給湯用熱交換器５の冷媒入口
での冷媒圧力（圧縮機４の吐出圧）が、上記の所定温度
の液体を得るために必要な冷媒温度に対応する圧力とな
るように、制御装置を通じて弁開度（弁口１５の開口断
面積）が制御される。
２内の液体を給湯用熱交換器５に流通させて加熱する通
常運転時には、給湯用熱交換器５で加熱された液体の温
度が所定温度（例えば８５℃）となるように、ウォータ
ポンプ３によって給湯用熱交換器５を流通する液体流量
を制御する。なお、給湯用熱交換器５は、冷媒の流れ方
向と液体の流れ方向とが対向するように構成されている
ので、給湯用熱交換器５内を流れる液体は、液体入口か
ら液体出口に向かうほど温度が上昇する。ヒートポンプ
サイクルＣの膨張弁６は、給湯用熱交換器５の冷媒入口
での冷媒圧力（圧縮機４の吐出圧）が、上記の所定温度
の液体を得るために必要な冷媒温度に対応する圧力とな
るように、制御装置を通じて弁開度（弁口１５の開口断
面積）が制御される。
【００２３】上記の通常運転を実行している時に、室外
熱交換器７の出口温度が約−５℃（温度センサ１９の検
出温度）まで低下すると、通常運転から除霜運転に切り
替えられる。この除霜運転では、ウォータポンプ３の運
転を停止し、且つ膨張弁６の弁開度を通常運転時より大
きく（例えば全開）する。これにより、圧縮機４から吐
出されるホットガスが給湯用熱交換器５で放出する熱エ
ネルギー量を少なくでき、且つ膨張弁６での減圧による
温度低下を小さくできる。この結果、圧縮機４から吐出
されたホットガスが大きく温度低下することなく室外熱
交換器７まで到達して、室外熱交換器７の除霜を行う。
熱交換器７の出口温度が約−５℃（温度センサ１９の検
出温度）まで低下すると、通常運転から除霜運転に切り
替えられる。この除霜運転では、ウォータポンプ３の運
転を停止し、且つ膨張弁６の弁開度を通常運転時より大
きく（例えば全開）する。これにより、圧縮機４から吐
出されるホットガスが給湯用熱交換器５で放出する熱エ
ネルギー量を少なくでき、且つ膨張弁６での減圧による
温度低下を小さくできる。この結果、圧縮機４から吐出
されたホットガスが大きく温度低下することなく室外熱
交換器７まで到達して、室外熱交換器７の除霜を行う。
【００２４】（第１実施例の効果）本実施例の給湯器１
は、通常運転からウォータポンプ３の運転を停止し、且
つ膨張弁６の弁開度を通常運転時より大きくするだけで
室外熱交換器７の除霜を行うことができる。この場合、
除霜運転を行うために新たな機能部品（例えば四方弁、
開閉弁等）を追加する必要がなく、サイクル構成が複雑
化することを防止でき、且つシステムコストの増大を防
止できる。
は、通常運転からウォータポンプ３の運転を停止し、且
つ膨張弁６の弁開度を通常運転時より大きくするだけで
室外熱交換器７の除霜を行うことができる。この場合、
除霜運転を行うために新たな機能部品（例えば四方弁、
開閉弁等）を追加する必要がなく、サイクル構成が複雑
化することを防止でき、且つシステムコストの増大を防
止できる。
【００２５】また、本実施例のヒートポンプサイクルＣ
では、高圧側が冷媒（ＣＯ2 ）の臨界圧力以上まで加圧
されるが、サイクル内に四方弁や開閉弁等のシール機能
を有する除霜用機能部品を配置する必要がないため、四
方弁や開閉弁を有するサイクルと比較して信頼性が得ら
れ、且つコストダウンを実現できる。なお、本実施例の
膨張弁６は、通常運転でも完全に閉じることはなく、弁
開度を変化させるだけで常時開弁しているため、冷媒と
してＣＯ2 を使用する場合でも、高圧下で耐えうる高精
度のシール性能を要求されることはなく、安価に製造す
ることが可能である。
では、高圧側が冷媒（ＣＯ2 ）の臨界圧力以上まで加圧
されるが、サイクル内に四方弁や開閉弁等のシール機能
を有する除霜用機能部品を配置する必要がないため、四
方弁や開閉弁を有するサイクルと比較して信頼性が得ら
れ、且つコストダウンを実現できる。なお、本実施例の
膨張弁６は、通常運転でも完全に閉じることはなく、弁
開度を変化させるだけで常時開弁しているため、冷媒と
してＣＯ2 を使用する場合でも、高圧下で耐えうる高精
度のシール性能を要求されることはなく、安価に製造す
ることが可能である。
【００２６】（第２実施例）図３はヒートポンプ式給湯
器１の全体構成図である。本実施例は、除霜運転の開始
初期にウォータポンプ３を逆回転させる場合の一例であ
る。除霜運転を行う時にウォータポンプ３の運転を停止
すると、除霜運転開始初期において、圧縮機４より吐出
されたホットガスが給湯用熱交換器５を通過する際に、
給湯用熱交換器５の内部に残留する液体によってホット
ガスの温度低下を引き起こし、給湯用熱交換器５本体の
温度が上昇する時間だけ余分に除霜時間が長くなってし
まう。
器１の全体構成図である。本実施例は、除霜運転の開始
初期にウォータポンプ３を逆回転させる場合の一例であ
る。除霜運転を行う時にウォータポンプ３の運転を停止
すると、除霜運転開始初期において、圧縮機４より吐出
されたホットガスが給湯用熱交換器５を通過する際に、
給湯用熱交換器５の内部に残留する液体によってホット
ガスの温度低下を引き起こし、給湯用熱交換器５本体の
温度が上昇する時間だけ余分に除霜時間が長くなってし
まう。
【００２７】これに対し、本実施例では、除霜運転の開
始初期にウォータポンプ３を逆回転させることで、図３
の破線矢印で示すように、貯湯槽２内の加熱された液体
を給湯用熱交換器５に逆流させることができる。その結
果、給湯用熱交換器５本体の温度が上昇して、ホットガ
スの温度低下を低減できるので、給湯用熱交換器５での
熱ロスが低減し、除霜運転の立ち上がり時間が短縮され
て全体の除霜時間も短縮できる。但し、本実施例では、
給湯用熱交換器５本体の温度が所定温度（例えば給湯用
熱交換器５に流入するホットガスの温度）まで上昇した
時点でウォータポンプ３の運転（逆回転）を停止する。
これにより、給湯用熱交換器５本体の温度上昇に消費さ
れる液体の熱エネルギーを必要最小限に抑えることがで
き、給湯用として利用できる熱エネルギーを確保でき
る。
始初期にウォータポンプ３を逆回転させることで、図３
の破線矢印で示すように、貯湯槽２内の加熱された液体
を給湯用熱交換器５に逆流させることができる。その結
果、給湯用熱交換器５本体の温度が上昇して、ホットガ
スの温度低下を低減できるので、給湯用熱交換器５での
熱ロスが低減し、除霜運転の立ち上がり時間が短縮され
て全体の除霜時間も短縮できる。但し、本実施例では、
給湯用熱交換器５本体の温度が所定温度（例えば給湯用
熱交換器５に流入するホットガスの温度）まで上昇した
時点でウォータポンプ３の運転（逆回転）を停止する。
これにより、給湯用熱交換器５本体の温度上昇に消費さ
れる液体の熱エネルギーを必要最小限に抑えることがで
き、給湯用として利用できる熱エネルギーを確保でき
る。
【００２８】（第３実施例）本実施例では、除霜運転が
行われている間、ウォータポンプ３を逆回転させる場合
の一例である。超臨界ヒートポンプサイクルＣの一般的
な作動（通常運転時の作動）は、図４に示すモリエル線
図においてａ→ｂ→ｃ→ａから成るサイクルを形成す
る。従って、除霜能力は（ｈｃ−ｈａ）のエンタルピ差
で決定される。
行われている間、ウォータポンプ３を逆回転させる場合
の一例である。超臨界ヒートポンプサイクルＣの一般的
な作動（通常運転時の作動）は、図４に示すモリエル線
図においてａ→ｂ→ｃ→ａから成るサイクルを形成す
る。従って、除霜能力は（ｈｃ−ｈａ）のエンタルピ差
で決定される。
【００２９】これに対し、除霜運転中にウォータポンプ
３を逆回転させて、給湯用熱交換器５に貯湯槽２内の加
熱された液体を流し続けると、給湯用熱交換器５を通過
する冷媒が加熱された液体の熱エネルギーを受けて温度
上昇する。そこで、冷媒温度をモリエル線図に示される
等温線α上のｂ2 とすると、ａ→ｂ1 →ｂ2 →ｃ1 →ａ
から成るサイクルを形成する。これにより、除霜能力が
（ｈｃ1 −ｈａ）のエンタルピ差となり、上記の一般的
なサイクルより向上することで、除霜時間を短縮でき
る。なお、除霜時間は、通常の運転時間に対し極めて短
時間であるため、除霜運転中に継続してウォータポンプ
３を逆回転させても、除霜運転に使用される液体（温
湯）の使用量は、貯湯槽２内に貯留されている全体量に
対して極わずかであり、貯湯不足になるような問題はな
い。
３を逆回転させて、給湯用熱交換器５に貯湯槽２内の加
熱された液体を流し続けると、給湯用熱交換器５を通過
する冷媒が加熱された液体の熱エネルギーを受けて温度
上昇する。そこで、冷媒温度をモリエル線図に示される
等温線α上のｂ2 とすると、ａ→ｂ1 →ｂ2 →ｃ1 →ａ
から成るサイクルを形成する。これにより、除霜能力が
（ｈｃ1 −ｈａ）のエンタルピ差となり、上記の一般的
なサイクルより向上することで、除霜時間を短縮でき
る。なお、除霜時間は、通常の運転時間に対し極めて短
時間であるため、除霜運転中に継続してウォータポンプ
３を逆回転させても、除霜運転に使用される液体（温
湯）の使用量は、貯湯槽２内に貯留されている全体量に
対して極わずかであり、貯湯不足になるような問題はな
い。
【００３０】（第４実施例）図５はヒートポンプ式給湯
器１の全体構成図である。本実施例では、図５に示すよ
うに、圧縮機４と給湯用熱交換器５との間に通路断面積
を電気的に制御できる抵抗器２０を配置した一例を示
す。この場合、通常運転の時は抵抗器２０を全開とし、
除霜運転の時に抵抗器２０の通路断面積を絞るように制
御する。
器１の全体構成図である。本実施例では、図５に示すよ
うに、圧縮機４と給湯用熱交換器５との間に通路断面積
を電気的に制御できる抵抗器２０を配置した一例を示
す。この場合、通常運転の時は抵抗器２０を全開とし、
除霜運転の時に抵抗器２０の通路断面積を絞るように制
御する。
【００３１】これにより、通常運転時の作動は、第３実
施例でも説明したように、図６に示すモリエル線図にお
いてａ→ｂ→ｃ→ａから成るサイクルを形成する。一
方、除霜運転時の作動は、抵抗器２０により圧力を絞
り、抵抗器２０下流側の冷媒圧力を下げる。同時に、ウ
ォータポンプ３の逆回転によって冷媒を温水加熱し、冷
媒温度をモリエル線図に示される等温線α上のｂ2 とす
る。これにより、ａ→ｂ→ｂ1 →ｂ2 →ｃ1 →ａから成
るサイクルを形成する。この場合、除霜能力が（ｈｃ1
−ｈａ）のエンタルピ差となり、上記の通常運転時のサ
イクルより向上することで、除霜時間を短縮できる。特
に、本実施例の場合、圧縮機４によって冷媒のエンタル
ピを上昇させ、このエンタルピを除霜のために利用して
いるので、除霜運転中に継続してウォータポンプ３を逆
回転させても、除霜運転に使用される液体（温湯）の熱
エネルギーの消費は極わずかであり、貯湯不足になるよ
うな問題はない。
施例でも説明したように、図６に示すモリエル線図にお
いてａ→ｂ→ｃ→ａから成るサイクルを形成する。一
方、除霜運転時の作動は、抵抗器２０により圧力を絞
り、抵抗器２０下流側の冷媒圧力を下げる。同時に、ウ
ォータポンプ３の逆回転によって冷媒を温水加熱し、冷
媒温度をモリエル線図に示される等温線α上のｂ2 とす
る。これにより、ａ→ｂ→ｂ1 →ｂ2 →ｃ1 →ａから成
るサイクルを形成する。この場合、除霜能力が（ｈｃ1
−ｈａ）のエンタルピ差となり、上記の通常運転時のサ
イクルより向上することで、除霜時間を短縮できる。特
に、本実施例の場合、圧縮機４によって冷媒のエンタル
ピを上昇させ、このエンタルピを除霜のために利用して
いるので、除霜運転中に継続してウォータポンプ３を逆
回転させても、除霜運転に使用される液体（温湯）の熱
エネルギーの消費は極わずかであり、貯湯不足になるよ
うな問題はない。
【００３２】（変形例）第２〜４実施例では、除霜運転
を行う際にウォータポンプ３を逆回転させることで貯湯
槽２内の液体（温水）を給湯用熱交換器５に供給してい
るが、ウォータポンプ３の吸引、吐出経路をバルブによ
って反転させる構造でも良い。あるいは、上記のウォー
タポンプ３とは別に、除霜運転時のみ使用する別のウォ
ータポンプを設けても良い。上記の実施例において、貯
湯槽２内に貯留されている液体（温水）は、そのまま飲
料水や風呂湯等に使用しても良いが、貯湯槽２内の液体
を飲料水や風呂水を加熱するための熱媒体として使用し
ても良い。また、貯湯槽２内の液体は、給湯用だけでな
く、床暖房用、室内空調用として使用しても良い。
を行う際にウォータポンプ３を逆回転させることで貯湯
槽２内の液体（温水）を給湯用熱交換器５に供給してい
るが、ウォータポンプ３の吸引、吐出経路をバルブによ
って反転させる構造でも良い。あるいは、上記のウォー
タポンプ３とは別に、除霜運転時のみ使用する別のウォ
ータポンプを設けても良い。上記の実施例において、貯
湯槽２内に貯留されている液体（温水）は、そのまま飲
料水や風呂湯等に使用しても良いが、貯湯槽２内の液体
を飲料水や風呂水を加熱するための熱媒体として使用し
ても良い。また、貯湯槽２内の液体は、給湯用だけでな
く、床暖房用、室内空調用として使用しても良い。
【図１】ヒートポンプ式給湯器の全体構成図である（第
１実施例）。
１実施例）。
【図２】膨張弁の構造を示す断面図である。
【図３】ヒートポンプ式給湯器の全体構成図である（第
２実施例）。
２実施例）。
【図４】ヒートポンプサイクルの作動状態を示すモリエ
ル線図である（第３実施例）。
ル線図である（第３実施例）。
【図５】ヒートポンプ式給湯器の全体構成図である（第
４実施例）。
４実施例）。
【図６】ヒートポンプサイクルの作動状態を示すモリエ
ル線図である（第４実施例）。
ル線図である（第４実施例）。
１ ヒートポンプ式給湯器 ２ 貯湯槽 ３ ウォータポンプ（ポンプ） ４ 圧縮機 ５ 給湯用熱交換器 ６ 膨張弁（減圧装置） ７ 室外熱交換器（熱源用熱交換器） １７ 冷水管（循環通路） １８ 温水管（循環通路） ２０ 抵抗器（可変手段） Ｃ ヒートポンプサイクル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榊原 久介 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 伊藤 正彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 小早川 智明 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社内 (72)発明者 草刈 和俊 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社内 (72)発明者 斉川 路之 神奈川県横須賀市長坂２−６−１ 財団 法人電力中央研究所 横須賀研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−164156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184366（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F24H 1/00 611
Claims (9)
- 【請求項１】 圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、及
び熱源用熱交換器を環状に接続して構成され、前記減圧
装置の弁開度を電気的に調節できるヒートポンプサイク
ルと、 給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、 この貯湯槽内の液体が前記給湯用熱交換器を通って循環
できる循環通路と、 この循環通路に前記貯湯槽内の液体を流通させるポンプ
と、 前記熱源用熱交換器の除霜を行う除霜制御手段とを備
え、 この除霜制御手段は、除霜運転を行う時に、前記減圧装
置の弁開度を通常運転時より大きくし、且つ前記ポンプ
の運転を停止させるようになっており、 前記通常運転と前記除霜運転のいずれにおいても、前記
ヒートポンプサイクルにおいて、前記圧縮機、前記給湯
用熱交換器、前記減圧装置、前記熱源用熱交換器、の順
に冷媒が流れる こと特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 【請求項２】 前記ヒートポンプサイクルに使用される
冷媒は、ＣＯ２であることを特徴とする請求項１に記載
したヒートポンプ式給湯器。 - 【請求項３】 圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、及
び熱源用熱交換器を環状に接続して構成され、前記減圧
装置の弁開度を電気的に調節できるヒートポンプサイク
ルと、 給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、 この貯湯槽内の液体が前記給湯用熱交換器を通って循環
できる循環通路と、 この循環通路に前記貯湯槽内の液体を流通させるポンプ
と、 前記熱源用熱交換器の除霜を行う除霜制御手段とを備
え、 この除霜制御手段は、除霜運転を行う時に、前記減圧装
置の弁開度を通常運転時より大きくし、且つ前記貯湯槽
に蓄えられている加熱された液体を前記給湯用熱交換器
に供給するようになっており、 前記通常運転と前記除霜運転のいずれにおいても、前記
ヒートポンプサイクルにおいて、前記圧縮機、前記給湯
用熱交換器、前記減圧装置、前記熱源用熱交換器、の順
に冷媒が流れる ことを特徴とするヒートポンプ式給湯
器。 - 【請求項４】 前記ヒートポンプサイクルに使用される
冷媒は、ＣＯ２であることを特徴とする請求項３に記載
したヒートポンプ式給湯器。 - 【請求項５】 前記除霜制御手段は、前記加熱された液
体を前記給湯用熱交換器に供給することにより、前記給
湯用熱交換器を所定温度まで加熱することを特徴とする
請求項３または４に記載したヒートポンプ式給湯器。 - 【請求項６】 前記除霜制御手段は、前記給湯用熱交換
器が所定温度まで加熱されると、前記給湯用熱交換器へ
の加熱された液体の供給を停止することを特徴とする請
求項５に記載したヒートポンプ式給湯器。 - 【請求項７】 前記除霜制御手段は、除霜運転中、前記
給湯用熱交換器に加熱された液体を継続して供給するこ
とを特徴とする請求項３または４に記載したヒートポン
プ式給湯器。 - 【請求項８】 前記除霜制御手段は、前記ポンプを逆回
転させることで前記加熱された液体を前記給湯用熱交換
器に供給すること特徴とする請求項３〜７いずれかに記
載したヒートポンプ式給湯器。 - 【請求項９】 前記除霜制御手段は、前記圧縮機と前記
給湯用熱交換器とを連通する冷媒通路の通路断面積を可
変する可変手段を有し、除霜運転時には通常運転時より
も前記冷媒通路の通路断面積を小さくすることを特徴と
する請求項３、４、７、８のいずれかに記載したヒート
ポンプ式給湯器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25881299A JP3297657B2 (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | ヒートポンプ式給湯器 |
| DE10043169A DE10043169B4 (de) | 1999-09-13 | 2000-09-01 | Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem zum Durchführen eines Entfrostungsvorgangs |
| US09/656,487 US6418737B1 (en) | 1999-09-13 | 2000-09-07 | Heat pump type hot-water supply system capable of performing defrosting operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25881299A JP3297657B2 (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | ヒートポンプ式給湯器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001082802A JP2001082802A (ja) | 2001-03-30 |
| JP3297657B2 true JP3297657B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=17325395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25881299A Expired - Fee Related JP3297657B2 (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | ヒートポンプ式給湯器 |
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|---|---|
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