JP4244038B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
この発明は、ヒートポンプ式給湯機に係り、特に圧縮機からの放熱を回収する熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat pump type water heater, and more particularly to a heat exchanger that recovers heat radiation from a compressor.
ヒートポンプ式給湯機で、圧縮機シェル熱交換器を設け、圧縮機シェルからも加熱して温水を作るものがある(例えば、特許文献1、2参照)。
ヒートポンプ式給湯機においては、圧縮機の温度が大きく上昇した場合は、温度センサ等を用いて、電動機巻き線の保護を図るため、圧縮機の運転を停止しているが、この保護動作に入ると圧縮機の温度が所定温度以下に低下するまでの間、圧縮機が運転できないので加熱能力不足になるという問題点があった。 In the heat pump type hot water heater, when the temperature of the compressor rises greatly, the operation of the compressor is stopped to protect the electric motor winding by using a temperature sensor or the like, but this protection operation is started. Until the temperature of the compressor drops below a predetermined temperature, the compressor cannot be operated, and thus there is a problem that the heating capacity is insufficient.
また、圧縮機からの放熱は、ヒートポンプ式給湯機にとって最も高温の熱源を廃棄していることになり、効率を低下させているという問題点があった。 Moreover, the heat release from the compressor has a problem of reducing efficiency because the heat source having the highest temperature is discarded for the heat pump hot water heater.
特許文献1及び特許文献2は、上記問題点を解決するためになされたものであるが、圧縮機の周囲に熱交換器を配設するとヒートポンプ式給湯機設置工事の際の空気抜き作業が不充分となりやすく、沸き上げ異常等の不具合が生じるという問題点があった。
また、圧縮機の周囲に熱交換器を配設する場合、圧縮機と熱交換器との接触が不充分のため、圧縮機から水への伝熱性能が低下し、充分な効果が得られ難いという問題点があった。 In addition, when a heat exchanger is provided around the compressor, the contact between the compressor and the heat exchanger is inadequate, so the heat transfer performance from the compressor to water is reduced, and a sufficient effect is obtained. There was a problem that it was difficult.
また、圧縮機の周囲に熱交換器を配設する場合、圧縮機の振動により熱交換器本体や接続された配管が疲労破壊したり、電食による水漏れの発生という問題点があった。 Further, when a heat exchanger is provided around the compressor, there are problems that the heat exchanger main body and the connected pipe are fatigued due to the vibration of the compressor, or water leakage due to electrolytic corrosion occurs.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、信頼性を向上すると共に効率の高いヒートポンプ式給湯機を低コストで提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat pump water heater having high efficiency and low cost while improving reliability.
この発明に係るヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、ガスクーラ、絞り及び蒸発器を環状に接続し、絞りの弁開度を電気的に調節可能な冷媒回路と、給湯用の液体が水循環ポンプを介してガスクーラを通過した後、断面が扁平形状であり圧縮機表面と面接触する、圧縮機と接する熱交換部分を有する圧縮機シェル熱交換器を通って給湯タンクへ供給される水回路とを備え、圧縮機シェル熱交換器の水入口配管側を下部、水出口配管側を上部としたことを特徴とする。 The heat pump type hot water heater according to the present invention comprises a refrigerant circuit in which a compressor, a gas cooler, a throttle and an evaporator are connected in an annular shape, and the valve opening of the throttle can be electrically adjusted, and a hot water supply liquid passes through a water circulation pump. A water circuit that is supplied to the hot water tank through a compressor shell heat exchanger that has a flat cross section and is in surface contact with the compressor surface and that has a heat exchange portion in contact with the compressor after passing through the gas cooler. The water inlet pipe side of the compressor shell heat exchanger is the lower part and the water outlet pipe side is the upper part.
この発明に係るヒートポンプ式給湯機は、上記構成により、ヒートポンプ式給湯機設置工事の際の空気抜き作業が容易となり、水回路内での滞留空気がなくなるため、沸き上げ異常等の発生を防止できる効果がある。
圧縮機と圧縮機シェル熱交換器の接触面積が大きいので、圧縮機からの放熱ロスを低減し、利用側に熱回収することで効率を向上できると共に、圧縮機の電動機の巻線温度を抑制できるため信頼性が向上する効果がある。
The heat pump type hot water heater according to the present invention has the above-described configuration, which facilitates the air venting operation when installing the heat pump type hot water heater, and eliminates stagnant air in the water circuit. There is.
The large contact area between the compressor and the compressor shell heat exchanger reduces heat loss from the compressor and improves efficiency by recovering heat to the user side, while suppressing the winding temperature of the compressor motor. Therefore, there is an effect of improving reliability.
実施の形態1.
図1〜図9は実施の形態1を示す図で、図1は冷媒及び水回路図、図2はヒートポンプ式給湯器ユニットの斜視図、図3はフロン系冷媒と自然冷媒の特性を比較した図、図4はロータリ圧縮機の縦断面図、図5はデフロスト運転時のフローチャート、図6は圧縮機及び圧縮機シェル熱交換器の組み立て概要を示す図、図7は圧縮機シェル熱交換器を示す図、図8は圧縮機シェル熱交換器の圧縮機と接する部材の断面図、図9は圧縮機シェル熱交換器の圧縮機と接する部材の他の例を示す断面図である。
1 to 9 are diagrams showing the first embodiment, FIG. 1 is a refrigerant and water circuit diagram, FIG. 2 is a perspective view of a heat pump type water heater unit, and FIG. 3 is a comparison of the characteristics of a chlorofluorocarbon refrigerant and a natural refrigerant. 4 is a longitudinal sectional view of the rotary compressor, FIG. 5 is a flowchart at the time of defrost operation, FIG. 6 is a diagram showing an assembly outline of the compressor and the compressor shell heat exchanger, and FIG. 7 is a compressor shell heat exchanger. FIG. 8 is a sectional view of a member in contact with the compressor of the compressor shell heat exchanger, and FIG. 9 is a sectional view of another example of a member in contact with the compressor of the compressor shell heat exchanger.
図に示すように、冷媒回路5は、シェル内部が高圧方式の圧縮機1、ガスクーラ2、絞り3、蒸発器4を順次接続して構成される。圧縮機1の吐出冷媒配管14には、吐出ガス温度を検知する吐出ガス温度検知センサ24が取付られている。
As shown in the figure, the
水回路9は、水循環ポンプ7、圧縮機シェル熱交換器8、空気抜き回路10を備える。
The
給湯器ユニットは、図2に示す構成であり、圧縮機1よりも下にガスクーラ2が配置されている。圧縮機1の横には仕切りを介して送風機25があり、送風機25を囲む蒸発器4を冷却する。ガスクーラ2の横には、水循環ポンプ7が置かれる。
The water heater unit has the configuration shown in FIG. 2, and a
図1に示す冷媒回路5の冷媒には、臨界温度の低いCO2冷媒(臨界温度は31℃)を使用している。図3に示すように、CO2冷媒はフロン系冷媒よりも地球温暖化係数(GWP)、オゾン層破壊係数(ODP)が小さい。CO2を冷媒とするものであるので、効率良く高温(90℃以上)沸き上げが可能となると同時に、地球温暖化防止に貢献できる効果がある。
As the refrigerant in the
圧縮機1は図4に示すような、シェル内部が高圧の例えばロータリ圧縮機であり、圧縮機シェル11の内部に電動要素部1a、圧縮要素部1b等を収納している。蒸発器4から出た低圧の冷媒は、吸入冷媒配管13から吸入マフラー12に入り、冷媒ガスが圧縮要素部1bに吸入されてここで圧縮され、高圧の冷媒ガスが圧縮機シェル11内に吐出される。さらに、吐出冷媒配管14からガスクーラ2に流れる。
As shown in FIG. 4, the
図1に示す冷媒回路において、圧縮機1は、吸入マフラー12より吸引した冷媒を、一般使用条件で臨界圧力以上まで圧縮し吐出する。ガスクーラ2は、圧縮機1より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換する。絞り3は、ガスクーラ2より流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する装置で、制御装置(図示なし)によって電気的に制御される。蒸発器4は、絞り3で減圧された冷媒を送風機25によって送風される外気との熱交換により蒸発させる。
In the refrigerant circuit shown in FIG. 1, the
水循環ポンプ7は、貯湯タンク(図示なし)と接続され、貯湯タンクの底部からガスクーラ2を通った後、圧縮機シェル熱交換器8を通って、貯湯タンクの天部に向けて水を循環させる。圧縮機シェル熱交換器8の水出口配管20には、空気抜き回路10が取り付けられている。
The water circulation pump 7 is connected to a hot water storage tank (not shown), passes the
冬期に蒸発器4の表面が着霜した場合、絞り3の弁開度を大きくしてデフロスト運転を行なうが、通常は沸き上げ湯温の低下を防止するため、水循環ポンプ7を停止する。しかし、吐出ガス温度検知センサ24が、圧縮機1の吐出温度が100℃以上を検知した場合は、圧縮機と接する熱交換部分15で突沸が発生し、圧縮機シェル熱交換器8が破壊するのを防止するため、ポンプを断続的に運転する(図5参照)。
When the surface of the evaporator 4 is frosted in winter, the valve opening of the
図6に示すように、圧縮機シェル11の周囲に圧縮機シェル熱交換器8が取り付けられている。圧縮機シェル熱交換器8の圧縮機と接する熱交換部分15には水入口ヘッダー16と水出口ヘッダー18が接続されており、水入口ヘッダー16の下部に水入口配管19、水出口ヘッダー18の上部に水出口配管20が接続されている。また、水出口配管20には、空気抜き回路10が接続されている。
As shown in FIG. 6, a compressor
圧縮機と接する熱交換部分15で構成された熱交換器の水入口配管19を下部、水出口配管20を上部としたので、ヒートポンプ式給湯機設置工事の際の空気抜き作業が容易となり、水回路内での滞留空気がなくなるため、沸き上げ異常等の発生を防止できる効果がある。
Since the water inlet
圧縮機と接する熱交換部分15で構成された熱交換器の水出口配管20に空気抜き回路10(空気抜き用の配管及び栓)を接続したので、ヒートポンプ式給湯機設置工事の際の空気抜き作業が容易となり、水回路内での滞留空気がなくなるため、沸き上げ異常等の発生を防止できる効果がある。
Since the air vent circuit 10 (air vent pipe and stopper) is connected to the
図7は圧縮機シェル熱交換器8の製作図であり、圧縮機と接する熱交換部分15は圧縮機の円周の角度θ≧180°である。
円筒形状の圧縮機と接する、圧縮機と接する熱交換部分15で構成された熱交換器は、圧縮機シェル11の円周180度以上接触しているので、圧縮機1と圧縮機シェル熱交換器8の接触面積が大きいので、圧縮機1からの放熱ロスを低減し、利用側に熱回収することで効率を向上できると共に、圧縮機1の電動要素部1aの巻線温度を抑制できるため信頼性が向上する効果がある。
FIG. 7 is a production diagram of the compressor
Since the heat exchanger constituted by the
図8は圧縮機と接する熱交換部分15の断面を示す。断面が扁平管形状であり、平面部が圧縮機シェル11と面接触することで、圧縮機1と圧縮機シェル熱交換器8の接触面積が大きいので、圧縮機1からの放熱ロスを低減し、利用側に熱回収することで効率を向上できると共に、圧縮機1の電動要素部1aの巻線温度を抑制できるため信頼性が向上する効果がある。
FIG. 8 shows a cross section of the
圧縮機シェル熱交換器8の断面は、圧縮機シェル11と接触する側は平面部が好ましいが、外側の面は、平面でなくてもよく、例えば、図9のような半円形状でもよい。
The cross section of the compressor
圧縮機と接する熱交換部分15で構成された熱交換器の接触部材は水入口ヘッダー16及び水出口ヘッダー18に接続されている構成であるため、製造コストを低減できるという効果がある。
Since the contact member of the heat exchanger configured by the
実施の形態2.
図10、11は実施の形態2を示す図で、図10は圧縮機シェル熱交換器8の構成の一例を示す図、図11は圧縮機シェル熱交換器8の構成の他の例を示す図である。
実施の形態1のものに対し、ヘッダーが複数に分割され、水中間ヘッダー17を介して圧縮機と接する熱交換部分15が連結されている。
10 and 11 are diagrams showing the second embodiment, FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the compressor
In contrast to the first embodiment, the header is divided into a plurality of parts, and a
上記のように構成されたヒートポンプ式給湯機では、圧縮機シェル熱交換器8の水流路長さが長くなるため温度効率が向上する。また、圧縮機と接する熱交換部分15を流れる水の流速が増加するので熱伝達率が向上する。このため、圧縮機1からの放熱ロス低減効果が大きく、利用側に熱回収することで効率を向上できると共に、圧縮機1の電動要素部1aの巻線温度を抑制できるため信頼性が向上する効果がある。
In the heat pump type water heater configured as described above, the temperature efficiency is improved because the length of the water flow path of the compressor
実施の形態3.
図12、13は実施の形態3を示す図で、図12は冷媒及び水回路図、図13はデフロスト運転時のフローチャートである。
図12に示す冷媒回路では、実施の形態1と異なるのはデフロスト方式で、ホットガスバイパス回路としている。ホットガスバイパス弁6を開くことによりデフロスト運転が行われる。
12 and 13 are
In the refrigerant circuit shown in FIG. 12, the difference from
冬期に蒸発器4の表面が着霜した場合、ホットガスバイパス回路のホットガスバイパス弁6を開いてデフロスト運転を行なうが、通常は沸き上げ湯温の低下を防止するため、水循環ポンプ7を停止する。しかし、吐出ガス温度検知センサ24が、圧縮機1の吐出温度が100℃以上を検知した場合は、圧縮機と接する熱交換部分15で突沸が発生し、圧縮機シェル熱交換器8が破壊するのを防止するため、ポンプを断続的に運転する(図13参照)。
When the surface of the evaporator 4 is frosted in winter, the hot
実施の形態4.
図14、15は実施の形態4を示す図で、図14は圧縮機及びジャケットタイプの圧縮機シェル熱交換器の組み立て概要を示す図、図15は圧縮機シェル熱交換器を示す図である。
Embodiment 4 FIG.
FIGS. 14 and 15 are diagrams showing Embodiment 4, FIG. 14 is a diagram showing an assembly outline of a compressor and a jacket type compressor shell heat exchanger, and FIG. 15 is a diagram showing a compressor shell heat exchanger. .
図14に示すように、圧縮機1と圧縮機シェル熱交換器8との間に薄肉樹脂シート21を挟み込み、圧縮機シェル熱交換器8の外側には断熱性部材(図示なし)を巻き、その外側からバンド等で締め込んで固定する。薄肉樹脂シート21により圧縮機シェル熱交換器8の変形や圧縮機1と圧縮機シェル熱交換器8の熱膨張率の違いで生じる隙間を無くし接触熱抵抗を増加を防止できるので性能向上する効果がある。また、圧縮機組立時のスパッタ付着物による圧縮機シェル熱交換器8の破損や電食による破損を防止でき信頼性が向上する効果がある。さらに、ペースト塗布に比べ組立性が向上する効果がある。
As shown in FIG. 14, a
圧縮機シェル熱交換器8はジャケットタイプを周方向に2分割した構成とし、ジャケット間を接続配管23で接続すると共に、水入口配管19、水出口配管20とガスクーラ2、バルブ等への接続部は樹脂配管(耐熱性の高いシリコンチューブ等)で構成する。
The compressor
圧縮機と接する熱交換部分15を、ジャケットタイプを2分割した構成としたので、圧縮機製造工程の変更不要で、吸入マフラー12との干渉を防止でき組立性が向上する効果がある。
また、ジャケット間を接続配管23で接続すると共に、水入口配管19、水出口配管20とガスクーラ2、バルブ等への接続部は樹脂配管で構成したので、圧縮機1の振動による配管破損を防止できると共に、配管の取り回しが容易になる効果がある。
Since the
In addition, the jackets are connected by connecting
なお、ジャケットタイプの圧縮機シェル熱交換器8は、内面側に銅板をインサート成形した樹脂で構成するものでも同様な効果を有し、軽量化及び低コスト化が図れる効果がある。
The jacket-type compressor
図15に示すジャケットタイプの圧縮機シェル熱交換器8の水入口配管19、水出口配管20及びジャケット間を接続する接続配管23は、ジャケット内に突き出して接合し、ジャケット内中間部に流路を蛇行させるように配置した流路形成部材22を配置する。
The
上記の構成により、有効伝熱面積を増加でき性能が向上すると共に、流路形成部材により水圧に対する強度も向上向上する効果がある。 With the above configuration, the effective heat transfer area can be increased, the performance is improved, and the strength against water pressure is improved and improved by the flow path forming member.
実施の形態5.
図16は実施の形態5を示す図で、圧縮機シェル熱交換器8は水配管を圧縮機シェル11に巻き付けた形態である。水配管の入口は下部に位置し、水配管の出口は上部に位置している。
FIG. 16 is a diagram showing the fifth embodiment, and the compressor
上記構成により、実施の形態1と同様、ヒートポンプ式給湯機設置工事の際の空気抜き作業が容易となり、水回路内での滞留空気がなくなるため、沸き上げ異常等の発生を防止できる効果がある。 According to the above configuration, as in the first embodiment, the air venting operation at the time of the heat pump type hot water heater installation work is facilitated, and there is no stagnant air in the water circuit, so that it is possible to prevent the occurrence of abnormal boiling and the like.
実施の形態6.
図17は実施の形態6を示す図で、圧縮機シェル熱交換器8は圧縮機シェル11を2重に構成した形態である。水配管の入口は下部に位置し、水配管の出口は上部に位置している。
FIG. 17 is a diagram showing the sixth embodiment, and the compressor
上記構成により、実施の形態1と同様、ヒートポンプ式給湯機設置工事の際の空気抜き作業が容易となり、水回路内での滞留空気がなくなるため、沸き上げ異常等の発生を防止できる効果がある。 According to the above configuration, as in the first embodiment, the air venting operation at the time of the heat pump type hot water heater installation work is facilitated, and there is no stagnant air in the water circuit, so that it is possible to prevent the occurrence of abnormal boiling and the like.
1 圧縮機、2 ガスクーラ、3 絞り、4 蒸発器、5 冷媒回路、6 ホットガスバイパス弁、7 水循環ポンプ、8 圧縮機シェル熱交換器、9 水回路、10 空気抜き回路、11 圧縮機シェル、12 吸入マフラー、13 吸入冷媒配管、14 吐出冷媒配管、15 圧縮機と接する熱交換部分、16 水入口ヘッダー、17 水中間ヘッダー、18 水出口ヘッダー、19 水入口配管、20 水出口配管、21 薄肉樹脂シート、22 流路形成部材、23 接続配管、24 吐出ガス温度検知センサ、25 送風機。 1 compressor, 2 gas cooler, 3 throttle, 4 evaporator, 5 refrigerant circuit, 6 hot gas bypass valve, 7 water circulation pump, 8 compressor shell heat exchanger, 9 water circuit, 10 air vent circuit, 11 compressor shell, 12 Suction muffler, 13 Suction refrigerant piping, 14 Discharge refrigerant piping, 15 Heat exchange part in contact with compressor, 16 Water inlet header, 17 Water intermediate header, 18 Water outlet header, 19 Water inlet piping, 20 Water outlet piping, 21 Thin resin Sheet, 22 flow path forming member, 23 connecting pipe, 24 discharge gas temperature detection sensor, 25 blower.
Claims (8)
給湯用の液体が水循環ポンプを介して前記ガスクーラを通過した後、断面が扁平形状であり前記圧縮機表面と面接触する熱交換部分にて前記圧縮機と接する熱交換し、前記電動要素部の巻線温度を抑制する圧縮機シェル熱交換器を通って給湯タンクへ供給される水回路とを備え、
前記圧縮機シェル熱交換器は、前記熱交換部分の下部で水入口ヘッダーに接続され、前記熱交換部分が複数の水中間ヘッダーを介して連結され、前記熱交換部分の上部で水出口ヘッダーに接続されていることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 A refrigerant capable of electrically adjusting the valve opening of the throttle by connecting an electric element part having a winding inside the compressor shell and a compressor in which the compression element part is housed, a gas cooler, a throttle and an evaporator connected in an annular shape Circuit,
After the hot water supply liquid has passed through the gas cooler via a water circulation pump, the cross section is flat and heat exchange is performed in contact with the compressor at a heat exchange portion in surface contact with the compressor surface. A water circuit supplied to the hot water tank through a compressor shell heat exchanger that suppresses the winding temperature,
The compressor shell heat exchanger is connected to a water inlet header at a lower part of the heat exchange part, the heat exchange part is connected via a plurality of water intermediate headers, and is connected to a water outlet header at an upper part of the heat exchange part. A heat pump water heater characterized by being connected.
給湯用の液体が水循環ポンプを介して前記ガスクーラを通過した後、断面が扁平形状であり前記圧縮機表面と面接触する熱交換部分にて前記圧縮機と接する熱交換し、前記電動要素部の巻線温度を抑制する圧縮機シェル熱交換器を通って給湯タンクへ供給される水回路とを備え、
前記圧縮機シェル熱交換器の水入口配管側を下部、水出口配管側を上部とすると共に、
前記圧縮機と前記圧縮機シェル熱交換器との間に薄肉樹脂シートを挟み込み、熱交換器の外側には断熱性部材を巻き、その外側からバンド等で締め込んで固定することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 A refrigerant capable of electrically adjusting the valve opening of the throttle by connecting an electric element part having a winding inside the compressor shell and a compressor in which the compression element part is housed, a gas cooler, a throttle and an evaporator connected in an annular shape Circuit,
After the hot water supply liquid has passed through the gas cooler via a water circulation pump, the cross section is flat and heat exchange is performed in contact with the compressor at a heat exchange portion in surface contact with the compressor surface. A water circuit supplied to the hot water tank through a compressor shell heat exchanger that suppresses the winding temperature,
With the water inlet pipe side of the compressor shell heat exchanger as the lower part and the water outlet pipe side as the upper part,
A thin resin sheet is sandwiched between the compressor and the compressor shell heat exchanger, and a heat insulating member is wound around the outside of the heat exchanger, and is fastened and fixed with a band or the like from the outside. Heat pump water heater.
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