JP3815611B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを構成するガスクーラで水を加熱して温水を供給するヒートポンプ給湯機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、圧縮機、ガスクーラ、減圧装置、蒸発器を順に接続した冷凍サイクルを備え、前記ガスクーラで水を加熱して温水を供給するヒートポンプ給湯機が知られている。この種のものでは、効率よくお湯を供給できるが、ガスクーラに供給される水の温度が所定温度以上に達した場合、冷凍サイクル側の成績係数(COP)が大きく低下するという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
これを解消するため、従来では、ガスクーラに供給される水の温度が所定温度以上に達した場合、一時的に給湯運転を停止しているが、これでは、給湯要求に十分に応えることができないという問題がある。
【0004】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、ガスクーラに供給される水の温度が所定温度以上に達した場合であっても、給湯運転を継続させることができる、ヒートポンプ給湯機を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、圧縮機、ガスクーラ、減圧装置、蒸発器が冷媒配管を介して順に接続された冷凍サイクルを備え、循環ポンプにより貯湯タンク内の水を前記ガスクーラに循環させて加熱する構成のヒートポンプ給湯機において、前記ガスクーラの水側入口に設けられた温度センサと、前記ガスクーラと前記減圧装置との間に設けられた開閉弁と、前記開閉弁に対して並列に設けられた熱交換器とを備え、前記温度センサで検知したガスクーラの入口側の水温が所定温度よりも上がった場合に、前記開閉弁を閉じ、前記ガスクーラからの冷媒を、前記熱交換器、減圧装置、蒸発器、圧縮機の順に流す構成としたことを特徴とする。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1記載のものにおいて、前記熱交換器と前記蒸発器とを一体化したことを特徴とする。
【0008】
請求項3記載の発明は、請求項1記載のものにおいて、前記熱交換器と前記蒸発器とを別体化したことを特徴とする。
【0009】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項記載のものにおいて、前記熱交換器を水冷もしくは空冷式としたことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0013】
図1は、ヒートポンプ給湯機を示す。1は圧縮機を示し、この圧縮機1には、冷媒配管を介して、ガスクーラ(高圧側熱交換器)3、開閉弁23、減圧装置(膨張弁)5、及び蒸発器(低圧側熱交換器)7が順に接続されて、冷凍サイクルが構成されている。11はアキュームレータである。
【0014】
この冷凍サイクルにはCO2冷媒が使用される。CO2冷媒はオゾン破壊係数が0で、地球温暖化係数が1であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可燃性がなく安全で安価である。このCO2冷媒を使用した場合、冷凍サイクルの高圧側が超臨界となる遷臨界サイクル(Transcritical Cycle)になるため、ヒートポンプ式給湯装置における給湯のように、水の昇温幅が大きい加熱プロセスでは高い成績係数(COP)を期待することができる。
【0015】
しかし、その反面、冷媒を高圧に圧縮しなければならず、圧縮機1には、内部中間圧二段圧縮型の圧縮機が採用されている。
【0016】
この圧縮機1は、図示は省略したが、シェルケースの内部に電動機部と、この電動機部により駆動される圧縮部とを有している。この圧縮部は二段圧縮の構成を有し、一段目の圧縮部と、二段目の圧縮部とからなる。一段目の圧縮部の吸込みポートAから吸い込まれた冷媒は、この圧縮部で中間圧P1に圧縮された後、一旦、吐出ポートからシェルケース内に吐出され、このシェルケース内を経た後、二段目の圧縮部の吸込みポートに導かれ、この二段目の圧縮部で高圧P2に圧縮されて吐出ポートBから吐出される。
【0017】
上記ガスクーラ3は、CO2冷媒が流れる冷媒コイル9と、水が流れる水コイル10とからなり、この水コイル10は水配管を介して貯湯タンク15に接続されている。水配管には循環ポンプ17が接続され、この循環ポンプ17が駆動されて、貯湯タンク15の水がガスクーラ3を循環し、ここで加熱されて貯湯タンク15に貯湯される。
【0018】
この冷凍サイクルには、蒸発器7の除霜回路が設けられている。この除霜回路は、圧縮機1の中間ポートCからの中間圧P1の冷媒を蒸発器7に導く、除霜用電磁弁35及びバイパス管36を有した除霜回路37を備えて構成される。この除霜運転では、除霜用電磁弁35が開かれると共に、膨張弁5がほぼ全開にされる。これによって、圧縮機1からの中間圧冷媒が、バイパス管36を介して蒸発器7に送られて除霜される。
【0019】
本実施形態では、ガスクーラ3と膨張弁5との間に設けられた開閉弁23に対し並列に冷媒熱交換器21が設けられ、ガスクーラ3の水側入口には温度センサ25が設けられ、この温度センサ25の検知値が所定温度よりも上がった場合、開閉弁23を閉じる制御器27が設けられる。この冷媒熱交換器21は蒸発器7と一体的に形成されている。
【0020】
この種のものでは、ガスクーラ3によって水を加熱する場合、貯湯タンク15から供給される水の水温、すなわち、ガスクーラ3の入口側の水温が高いと、ヒートポンプ側の冷凍サイクルのCOPが極端に低下する。水から冷媒に高温の熱が与えられるためである。
【0021】
上記構成では、これを解消するため、温度センサ25の検知値が所定温度よりも上がった場合、開閉弁23が閉じられる。すると、ガスクーラ3を出た冷媒が、開閉弁23をバイパスし、これと並列に設けられた冷媒熱交換器21に流入し、ここで冷媒の温度が下げられ、この温度低下後の冷媒が膨張弁5に導かれ、ここで減圧された後、蒸発器7に流入する(図1の破線矢印参照)。なお、通常運転時(温度センサ25の検知値が所定温度以下の場合)は、開放されている開閉弁23を介して、ガスクーラ3からの冷媒が蒸発器7へ流入する(図1の実線矢印参照)。このガスクーラ3からの冷媒の一部は冷媒熱交換器21に流入するものの、この冷媒熱交換器21の配管抵抗値は、開閉弁23の配管抵抗値よりも大きく形成されているからである。
【0022】
本実施形態では、ガスクーラ3の入口側の水温が高い場合であっても、ヒートポンプ側の冷凍サイクルのCOPを低下させることなく、給湯運転を継続させることができる。また、冷媒熱交換器21を蒸発器7と一体化して空冷式としたため、蒸発器7の送風機を共用化することができ、コストダウンが図れると共に、コンパクトな設計が可能になる。
【0026】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明らかである。
【0027】
例えば、上記構成では、冷媒熱交換器21を蒸発器7と一体形成したが、これに限定されるものではなく、別体のものとして形成し、これらを離間させて配置してもよいことは云うまでもない。
【0028】
【発明の効果】
本発明では、ガスクーラの入口側の水温が高い場合であっても、給湯運転を継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるヒートポンプ給湯機の一実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
1 圧縮機
3 ガスクーラ
5 減圧装置
7 蒸発器
21 冷媒熱交換器
23 開閉弁
25 温度センサ
27 制御器
Claims (4)
- 圧縮機、ガスクーラ、減圧装置、蒸発器が冷媒配管を介して順に接続された冷凍サイクルを備え、循環ポンプにより貯湯タンク内の水を前記ガスクーラに循環させて加熱する構成のヒートポンプ給湯機において、
前記ガスクーラの水側入口に設けられた温度センサと、
前記ガスクーラと前記減圧装置との間に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁に対して並列に設けられた熱交換器とを備え、
前記温度センサで検知したガスクーラの入口側の水温が所定温度よりも上がった場合に、前記開閉弁を閉じ、前記ガスクーラからの冷媒を、前記熱交換器、減圧装置、蒸発器、圧縮機の順に流す構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。 - 前記熱交換器と前記蒸発器とを一体化したことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記熱交換器と前記蒸発器とを別体化したことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記熱交換器を水冷もしくは空冷式としたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の記載のヒートポンプ給湯機。
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