JP4284304B2 - Heat pump water heater, operating method thereof, refrigeration cycle apparatus - Google Patents

Heat pump water heater, operating method thereof, refrigeration cycle apparatus Download PDF

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Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関わり、特に瞬間式における運転開始時の立ち上がり特性の向上に関するものである。   The present invention relates to a heat pump water heater, and more particularly to improvement of start-up characteristics at the start of operation in an instantaneous type.

従来のヒートポンプ給湯機は電気温水器と同様に300〜500Lもの大容量の貯湯タンクを有し、夜間の安価な電力を使って夜中にヒートポンプ運転を行い、水を沸き上げて貯湯タンクに蓄えておき、前記貯湯タンクの湯を日中に使う貯湯式が一般的であった。   A conventional heat pump water heater has a large capacity hot water storage tank of 300 to 500L like an electric water heater, and heat pump operation is performed at night using inexpensive electric power at night, and water is boiled and stored in the hot water storage tank. In addition, a hot water storage type in which the hot water in the hot water storage tank is used during the day is common.

近年になって、前記貯湯タンクの小形軽量化と省エネを目的とし、給湯使用時に随時ヒートポンプ運転を行い水冷媒熱交換機器で加熱した湯を直接出湯し、使用端末へ給湯する瞬間式が提案されている。   In recent years, with the aim of reducing the size and weight of the hot water storage tank and saving energy, a momentary system has been proposed in which heat pump operation is performed whenever hot water is used, and hot water heated by a water-refrigerant heat exchanger is directly discharged and supplied to the terminal used. ing.

このような瞬間式ヒートポンプ給湯機としては、特開2003−240344号公報(特許文献1)に開示された貯湯タンクを全く有しないタンクレス瞬間式のものと、特開2003−240339号公報(特許文献2)及び特開2003−279133号公報(特許文献3)に開示された貯湯タンクを有するタンク付瞬間式のものとが提案されている。   As such an instantaneous heat pump water heater, a tankless instantaneous type having no hot water storage tank disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-240344 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 2003-240339 (Patent) Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-279133 (Patent Document 3) have proposed an instantaneous type with a tank having a hot water storage tank.

特開2003−240344号公報JP 2003-240344 A 特開2003−240339号公報JP 2003-240339 A 特開2003−279133号公報JP 2003-279133 A

特許文献1のような貯湯タンクなし瞬間式ヒートポンプ給湯機においては、貯湯タンクが無いので大幅な小形軽量化が図れるが、運転立ち上がり特性、すなわち蛇口を開いて給水使用が始まってから適温(約40℃)になるまでの時間が数分掛かってしまい、比較的短時間で済む手洗いや食器洗いには適しないため、製品化には至っていない。   In the instantaneous heat pump water heater without a hot water storage tank as in Patent Document 1, since there is no hot water storage tank, it can be greatly reduced in size and weight. However, the start-up characteristics, that is, the proper temperature (about 40 after the faucet is opened and the use of the water supply is started). It takes several minutes to reach (° C.) and is not suitable for hand-washing and dishwashing, which can be done in a relatively short time.

特許文献2,3のような貯湯タンク付瞬間式ヒートポンプ給湯機によれば、運転立ち上がり時には適温に達していない水(例えば20〜30℃)に、貯湯タンクの高温湯(約60〜90℃)を混合し適温にして蛇口から給湯することができるので、ユーザーから見れば運転立ち上がり特性が改善されたと考えることができる。   According to the instantaneous heat pump water heater with a hot water storage tank as in Patent Documents 2 and 3, the hot water in the hot water storage tank (about 60 to 90 ° C.) is added to the water that has not reached the appropriate temperature at the start of operation (for example, 20 to 30 ° C.). Since the hot water can be supplied from the faucet at a suitable temperature, it can be considered that the start-up characteristics have been improved from the user's point of view.

しかし、貯湯タンクから出湯すれば、貯湯タンクから放熱されることとなり、加熱効率(日平均COPや年間平均COP)の観点からは好ましくない。従って、なるべく加熱効率を低下させないように貯湯タンクからの出湯量を抑える必要がある。それには水冷媒熱交換器から直接出湯する瞬間型経路が素早く立ち上がる必要がある。   However, if the hot water is discharged from the hot water storage tank, heat is radiated from the hot water storage tank, which is not preferable from the viewpoint of heating efficiency (daily average COP or annual average COP). Therefore, it is necessary to suppress the amount of hot water discharged from the hot water storage tank so as not to reduce the heating efficiency as much as possible. To do so, it is necessary to quickly establish an instantaneous path for hot water directly from the water-refrigerant heat exchanger.

本発明は、瞬間式ヒートポンプ給湯機における立ち上がり時間の短縮を図ることを目的とする。   An object of the present invention is to shorten the rise time in an instantaneous heat pump water heater.

本発明の目的は、運転開始時には先ず圧縮機を短時間予備的に運転し、一旦停止した後、本運転を行うことによって達成される。   The object of the present invention is achieved by first operating the compressor for a short period of time at the start of operation, once stopping and then performing the main operation.

本発明によれば、圧縮機の運転立ち上がり時間を短縮することができる。また、貯湯タンクを有する給湯機であれば、運転立ち上がり時における貯湯タンクからの出湯量を抑えることができる。   According to the present invention, the operation start-up time of the compressor can be shortened. Further, if the water heater has a hot water storage tank, the amount of hot water discharged from the hot water storage tank at the start of operation can be suppressed.

以下、本発明の第一の実施例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1において、部品構成及び各部品の働きについて説明すると、ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ冷媒回路30、給湯回路40、および運転制御手段50を備えて構成されている。ヒートポンプ冷媒回路30及び給湯回路40は同一箱体内に一体的に収納されている。運転制御手段50は電気信号に関する部分のことであり、台所リモコン51及び風呂リモコン52(前記箱体とは別個に設けられている)、更には各リモコン・センサから信号が入力され、圧縮機の1a、1bの回転数や各弁の開閉、ポンプの運転などの制御信号を演算・出力する制御部(前記箱体内に配設されているが図示せず)により構成されている。   In FIG. 1, the component configuration and the function of each component will be described. The heat pump water heater includes a heat pump refrigerant circuit 30, a hot water supply circuit 40, and operation control means 50. The heat pump refrigerant circuit 30 and the hot water supply circuit 40 are integrally stored in the same box. The operation control means 50 is a part related to an electric signal, and signals are input from the kitchen remote controller 51 and the bath remote controller 52 (provided separately from the box), and further from each remote controller / sensor. It comprises a control unit (disposed in the box but not shown) that calculates and outputs control signals such as the rotational speeds 1a and 1b, the opening and closing of each valve, and the operation of the pump.

ヒートポンプ冷媒回路30は冷媒回路A30a、冷媒回路B30bの2サイクル方式で、主要部品を2個づつ有しており、圧縮機1a、1b、冷媒開閉弁A2、水冷媒熱交換器3に配置される冷媒側伝熱管3a、3b、冷媒開閉弁B4、風呂用熱交換器5に配置される風呂用冷媒管5a、冷媒調整弁6a、6b、蒸発器7a、7bを、それぞれ冷媒配管を介して順次接続して構成されており、その中に冷媒が封入されている。この冷媒はCO2であることが好ましく、このときの冷凍サイクルは、高圧側がCO2の超臨界状態で運転される超臨界サイクルである。   The heat pump refrigerant circuit 30 is a two-cycle system of a refrigerant circuit A30a and a refrigerant circuit B30b, and has two main parts, and is disposed in the compressors 1a and 1b, the refrigerant on-off valve A2, and the water refrigerant heat exchanger 3. The refrigerant side heat transfer pipes 3a and 3b, the refrigerant on-off valve B4, the bath refrigerant pipe 5a disposed in the bath heat exchanger 5, the refrigerant adjustment valves 6a and 6b, and the evaporators 7a and 7b are sequentially supplied via refrigerant pipes, respectively. It is configured to be connected, and a refrigerant is enclosed therein. This refrigerant is preferably CO2, and the refrigeration cycle at this time is a supercritical cycle in which the high pressure side is operated in a supercritical state of CO2.

圧縮機1a、1bは、瞬間式ヒートポンプ給湯機に適合できるような大容量で、かつ、給湯量に応じて回転数を変えることができるスクロール圧縮機である。すなわち、圧縮機1a、1bはPWM制御、電圧制御(例えばPAM制御)及びこれらの組合せ制御により、低速(例えば700回転/分)から高速(例えば7,000回転/分)まで回転数制御されるようになっている。   The compressors 1a and 1b are scroll compressors that have a large capacity that can be adapted to an instantaneous heat pump water heater and that can change the number of rotations according to the amount of hot water. That is, the rotation speed of the compressors 1a and 1b is controlled from low speed (for example, 700 rotations / minute) to high speed (for example, 7,000 rotations / minute) by PWM control, voltage control (for example, PAM control) and combination control thereof. It is like that.

水冷媒熱交換器3は、冷媒側伝熱管3a、3b及び給水側伝熱管3c、3dを備えており、冷媒側伝熱管3a、3bと給水側伝熱管3c、3dとの間で熱交換を行うように構成されている。   The water refrigerant heat exchanger 3 includes refrigerant side heat transfer tubes 3a and 3b and water supply side heat transfer tubes 3c and 3d, and performs heat exchange between the refrigerant side heat transfer tubes 3a and 3b and the water supply side heat transfer tubes 3c and 3d. Configured to do.

冷媒調整弁6a、6bとして、一般的にはキャピラリ、温度式膨張弁、電動膨張弁等が使用される。冷媒調整弁6a、6bは、水冷媒熱交換器3を経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として蒸発器7a、7bへ送る減圧装置の働きを担う。また、冷媒通路の絞り量を変えてヒートポンプ回路内の冷媒循環量を調節する働きや、絞り量を全開にして蒸発器7a、7bに中温冷媒を多量に送って霜を溶かす除霜装置の働きをも担うものである。   As the refrigerant adjustment valves 6a and 6b, capillaries, temperature type expansion valves, electric expansion valves and the like are generally used. The refrigerant regulating valves 6a and 6b serve as a pressure reducing device that depressurizes the medium-temperature high-pressure refrigerant sent through the water-refrigerant heat exchanger 3 and sends it to the evaporators 7a and 7b as a low-pressure refrigerant that easily evaporates. Also, the function of adjusting the refrigerant circulation amount in the heat pump circuit by changing the throttle amount of the refrigerant passage, and the function of the defrosting device that melts frost by fully opening the throttle amount and sending a large amount of medium temperature refrigerant to the evaporators 7a and 7b. Is also responsible.

冷媒調整弁6a、6bとしては運転制御手段50からの開閉指示信号に対する応答速度の速い電動膨張弁または電磁二方弁が適している。なお、冷媒調整弁6a、6bとして電磁二方弁を使用するときには、冷媒の開閉操作を行う電磁二方弁と共に冷媒の減圧制御を行うキャピラリチューブが必要である。   As the refrigerant adjustment valves 6a and 6b, an electric expansion valve or an electromagnetic two-way valve having a quick response speed to the opening / closing instruction signal from the operation control means 50 is suitable. In addition, when using an electromagnetic two-way valve as the refrigerant regulating valves 6a and 6b, a capillary tube for controlling the pressure reduction of the refrigerant is required together with the electromagnetic two-way valve for opening and closing the refrigerant.

また、蒸発器7a、7bは空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器で構成されている。図示しないファンを利用することで効率的に熱交換を行うことができる。8a、8bは圧力センサで、圧縮機1a、1bの高圧側圧力である吐出圧力(Pd’)を検知して運転制御手段50に信号を送り、圧縮機の回転数及び蒸発器7a、7bへの風量制御用ファンモータ(図示せず)の回転数などを制御するためのものである。なお、低圧側圧力である吸込み圧力(Ps’)の検知は圧力センサ8に代えて、蒸発器7a、7bに取り付けられた蒸発器サーミスタ7c、7dで温度を感知し吸込み圧力に代行することが出来る。   The evaporators 7a and 7b are air refrigerant heat exchangers that exchange heat between air and refrigerant. Heat can be efficiently exchanged by using a fan (not shown). Reference numerals 8a and 8b denote pressure sensors, which detect the discharge pressure (Pd ′), which is the high-pressure side pressure of the compressors 1a and 1b, send a signal to the operation control means 50, and supply the rotation speed of the compressor and the evaporators 7a and 7b. For controlling the rotational speed of a fan motor (not shown) for controlling the air volume. Note that the suction pressure (Ps ′), which is the low-pressure side pressure, may be detected by the temperature of the evaporator thermistors 7c and 7d attached to the evaporators 7a and 7b, instead of the pressure sensor 8, and substituted for the suction pressure. I can do it.

また、減圧弁10は、例えば水道の給水源から供給される200〜500kPaものバラツキのある高い水圧を約170kPa程度の使用上適切な一定水圧にコントロールするものであり、水逆止弁12は、一方向にのみ水を流し、逆流を防止するものである。   Further, the pressure reducing valve 10 controls, for example, a high water pressure with a variation of 200 to 500 kPa supplied from a water supply source to a constant water pressure suitable for use of about 170 kPa. Water flows only in one direction to prevent backflow.

給湯回路40は蛇口給湯、風呂給湯、タンク沸戻し、風呂追焚きを行うための水循環回路を備えて構成されている。   The hot water supply circuit 40 includes a water circulation circuit for performing faucet hot water supply, bath hot water supply, tank boiling back, and bath reheating.

台所蛇口給湯回路は、給水金具9、減圧弁10、給水水量センサ11、水逆止弁12、給水側伝熱管3c、3d、タンク混合弁29、湯水混合弁13、流量調整弁14、台所出湯金具15が水配管を介して順次接続された直接給湯回路(いわゆる瞬間型経路)と、給水金具9、減圧弁10、給水水量センサ11、貯湯タンク27、タンク混合弁29、湯水混合弁13、流量調整弁14、台所出湯金具15が水配管を介して順次接続されたタンク給湯回路とで構成されている。なお、給水金具9は水道などの給水源に接続され、台所出湯金具15は台所蛇口16、風呂蛇口25などに接続されている。   The kitchen faucet hot water supply circuit includes a water supply fitting 9, a pressure reducing valve 10, a water supply amount sensor 11, a water check valve 12, a water supply side heat transfer pipe 3c, 3d, a tank mixing valve 29, a hot water mixing valve 13, a flow rate adjusting valve 14, and a kitchen hot water. A direct hot water supply circuit (so-called instantaneous path) in which metal fittings 15 are sequentially connected via a water pipe, a water supply metal fitting 9, a pressure reducing valve 10, a water supply water amount sensor 11, a hot water storage tank 27, a tank mixing valve 29, a hot water mixing valve 13, A flow rate adjusting valve 14 and a kitchen hot water fitting 15 are constituted by a tank hot water supply circuit sequentially connected through a water pipe. The water supply fitting 9 is connected to a water supply source such as a water supply, and the kitchen tap metal fitting 15 is connected to the kitchen faucet 16 and the bath faucet 25.

風呂給湯回路は、給水金具9、減圧弁10、給水水量センサ11、水逆止弁12、給水側伝熱管3c、3d、タンク混合弁29、湯水混合弁13、流量調整弁14、風呂注湯弁17、フロースイッチ18、風呂循環ポンプ19、水位センサ20、入出湯金具21が水配管を介して順次接続された風呂用直接給湯回路と、給水金具9、減圧弁10、給水水量センサ11、貯湯タンク27、タンク混合弁29、湯水混合弁13、流量調整弁14、風呂注湯弁17、フロースイッチ18、風呂循環ポンプ19、水位センサ20、入出湯金具21が水配管を介して順次接続された風呂用タンク給湯回路とで構成されている。   The bath hot water supply circuit includes a water supply fitting 9, a pressure reducing valve 10, a water supply amount sensor 11, a water check valve 12, a water supply side heat transfer pipe 3c, 3d, a tank mixing valve 29, a hot water mixing valve 13, a flow rate adjusting valve 14, and a bath pouring bath. A valve 17, a flow switch 18, a bath circulation pump 19, a water level sensor 20, a hot water supply circuit for baths in which a metal inlet / outlet fitting 21 is sequentially connected via a water pipe, a water supply fitting 9, a pressure reducing valve 10, a water supply water amount sensor 11, A hot water storage tank 27, a tank mixing valve 29, a hot water mixing valve 13, a flow rate adjusting valve 14, a bath pouring valve 17, a flow switch 18, a bath circulation pump 19, a water level sensor 20, and a hot water inlet / outlet fitting 21 are sequentially connected through a water pipe. The bath tank hot water supply circuit is configured.

タンク沸戻し回路は、貯湯タンク27、機内循環ポンプ28、給水側伝熱管3c、3d、タンク混合弁29、貯湯タンク27が水配管を介して順次接続され構成されている。なお、タンク沸戻し運転時には、ヒートポンプ運転と共に機内循環ポンプ28を運転し、貯湯タンク27内の水を下部から取り出して循環し、給水側伝熱管3c、3dで加熱された後、貯湯タンク27に上側から戻し順次沸き上げられるものである。また、27a〜27dは貯湯タンク27側面に取り付けられた温度検知用サーミスタで、貯湯タンク27を上下に区分して貯湯量及び/又は湯の使用量を検出するためのものである。   The tank boiling back circuit is configured by sequentially connecting a hot water storage tank 27, an in-machine circulation pump 28, water supply side heat transfer tubes 3c and 3d, a tank mixing valve 29, and a hot water storage tank 27 via a water pipe. During the tank boiling back operation, the in-machine circulation pump 28 is operated together with the heat pump operation, the water in the hot water storage tank 27 is taken out from the lower part and circulated, heated by the water supply side heat transfer tubes 3c and 3d, and then into the hot water storage tank 27. It is returned from the upper side and heated up sequentially. Reference numerals 27a to 27d are temperature detection thermistors attached to the side surface of the hot water storage tank 27, and are used to detect the amount of hot water storage and / or the amount of hot water used by dividing the hot water storage tank 27 into upper and lower portions.

風呂追焚き回路は、入出湯金具21、水位センサ20、風呂循環ポンプ19、フロースイッチ18、風呂用熱交換器5の風呂用水配管5b、風呂出湯金具24が水配管を介して順次接続され構成されている。なお、入出湯金具21は風呂循環アダプター22を介して浴槽23に接続され、風呂給湯時は水位センサ20側から浴槽23へ給湯し、風呂追焚き時には浴槽23側から水位センサ20側へ水循環するように構成されている。また、風呂追焚き時には、水循環ポンプ19を運転して上記風呂追焚回路による浴槽水の水循環を行うと共に、ヒートポンプ運転を行い、冷媒開閉弁A2を閉じ、冷媒開閉弁B4を開いて風呂用冷媒管5aに高温冷媒を循環させ、風呂用水配管5bを循環する浴槽23の残り湯を加熱して浴槽23に戻すことにより風呂追焚きを行うものである。   The bath reheating circuit has a structure in which an incoming / outgoing hot water fitting 21, a water level sensor 20, a bath circulation pump 19, a flow switch 18, a bath water pipe 5b of the bath heat exchanger 5, and a bath hot water fitting 24 are sequentially connected via a water pipe. Has been. The hot water fitting 21 is connected to the bathtub 23 via a bath circulation adapter 22 to supply hot water from the water level sensor 20 side to the bathtub 23 during bath hot water supply, and to circulate water from the bathtub 23 side to the water level sensor 20 side during bath replenishment. It is configured as follows. Further, when bathing, the water circulation pump 19 is operated to circulate water in the bath water by the bath chasing circuit, the heat pump operation is performed, the refrigerant on-off valve A2 is closed, and the refrigerant on-off valve B4 is opened to open the bath refrigerant. A high temperature refrigerant is circulated in the pipe 5a, and the remaining hot water in the bathtub 23 circulating in the bath water pipe 5b is heated and returned to the bathtub 23 to perform bath renewal.

ヒートポンプ給湯機には、蒸発器サーミスタ7c、7d及び圧力センサ8a、8bの他に、給水温度を検知する給水サーミスタ11a、水冷媒熱交換器3の出湯温度を検知する熱交サーミスタ3e、給湯温度を検知する給湯サーミスタ13a、浴槽23内の水位を検出する水位センサ20等が設けられ、各検出信号は運転制御手段50に入力されるように構成されている。   In addition to the evaporator thermistors 7c and 7d and the pressure sensors 8a and 8b, the heat pump water heater includes a water supply thermistor 11a that detects the temperature of the water supply, a heat exchanger thermistor 3e that detects the temperature of the hot water of the water-refrigerant heat exchanger 3, and a hot water supply temperature. The hot water supply thermistor 13a for detecting the water level, the water level sensor 20 for detecting the water level in the bathtub 23, and the like are provided, and each detection signal is input to the operation control means 50.

運転制御手段50はこれらの信号に基づいて各機器を制御するものである。すなわち、台所リモコン51及び風呂リモコン52の操作設定により、ヒートポンプ冷媒回路30の運転・停止、圧縮機1a、1bの回転数制御、冷媒開閉弁A2、冷媒開閉弁B4の開閉、冷媒調整弁6a、6bの冷媒絞り量調整、風呂循環ポンプ19の運転・停止及び湯水混合弁13、流量調整弁14、風呂注湯弁17、フロースイッチ18等を制御することにより、直接給湯運転、風呂湯張り運転、風呂追焚運転等を行うものである。また、運転制御手段50は後述する二段階始動制御を行わせ、運転開始時には、圧縮機1a、1bの予備運転を行ってから本運転を行う。   The operation control means 50 controls each device based on these signals. That is, depending on the operation settings of the kitchen remote controller 51 and the bath remote controller 52, operation / stop of the heat pump refrigerant circuit 30, control of the rotation speed of the compressors 1a, 1b, opening / closing of the refrigerant on / off valve A2, refrigerant on / off valve B4, refrigerant adjusting valve 6a, By adjusting the refrigerant throttle amount adjustment of 6b, the operation / stop of the bath circulation pump 19, and the hot water mixing valve 13, the flow rate adjusting valve 14, the bath pouring valve 17, the flow switch 18 and the like, direct hot water supply operation, bath hot water filling operation And bath memorial operation. Further, the operation control means 50 performs two-stage start control described later, and at the start of operation, the main operation is performed after the compressors 1a and 1b are preliminarily operated.

次に、ヒートポンプ給湯機の運転動作について、図1のヒートポンプ回路30及び給湯回路40を参照しながら図2〜図12(図7を除く)に基づいて説明する。   Next, the operation of the heat pump water heater will be described based on FIGS. 2 to 12 (excluding FIG. 7) with reference to the heat pump circuit 30 and the hot water supply circuit 40 of FIG.

先ず、図2及び図3によって圧縮機の構成、圧縮動作について説明する。
図2は、スクロール圧縮機1aを含む冷凍サイクルを表し、特に圧縮機1aのチャンバ内における冷媒圧力の概略を示す図である。スクロール圧縮機1bのチャンバ内についても図2と同様である。
First, the configuration and compression operation of the compressor will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a refrigeration cycle including the scroll compressor 1a, and is a diagram showing an outline of the refrigerant pressure particularly in the chamber of the compressor 1a. The inside of the chamber of the scroll compressor 1b is the same as that in FIG.

図3は、図2の圧縮室103及び背圧室123等の構成を説明するための図である。断面図等については、ヒートポンプ給湯機用の圧縮機を用いて図8〜12で説明する。   FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the compression chamber 103, the back pressure chamber 123, and the like of FIG. Sectional drawing etc. are demonstrated in FIGS. 8-12 using the compressor for heat pump water heaters.

図8は本発明第1の実施例にかかる横置スクロール圧縮機の縦断面図であり、旋回スクロール、固定スクロール、フレーム、オルダムリングの各部品に対して、複数の断面からみた図、図9は固定スクロールをスクロールラップ側からみた図8のA−A矢視断面図、図10は差圧制御弁108の拡大図である。   FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the horizontal scroll compressor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing a plurality of sections of the orbiting scroll, the fixed scroll, the frame, and the Oldham ring. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8 when the fixed scroll is viewed from the scroll wrap side, and FIG. 10 is an enlarged view of the differential pressure control valve 108.

まず、構造を説明する。図8において、旋回スクロール101は、鏡板101aにスクロールラップ101bが立設し、その背面には旋回軸受101cを挿入した軸受保持部101dと、旋回オルダム溝101eが設けられる。固定スクロール102は、図9に示されるように、スクロールラップ歯先面と同一面である非旋回基準面102aを設けそこに周囲溝102bを形成する。
そして、歯底には4個のバイパス穴102cが設けられる。ここでバイパス穴102cを設けた理由は、圧縮室103の圧力が吐出圧以上になった場合に、このバイパス穴102cから冷媒ガスを抜くためである。図8において、このバイパス穴102cを覆うようにリード弁板であるバイパス弁板104およびその弁板104の開口度を制限するリテーナ104aをバイパスねじ105で固定する。中央近くには吐出穴102dが開口している。
First, the structure will be described. In FIG. 8, the orbiting scroll 101 has a scroll wrap 101b standing on an end plate 101a, and a bearing holding portion 101d into which an orbiting bearing 101c is inserted and an orbiting Oldham groove 101e. As shown in FIG. 9, the fixed scroll 102 is provided with a non-turning reference surface 102a which is the same surface as the scroll wrap tooth tip surface, and a peripheral groove 102b is formed there.
Then, four bypass holes 102c are provided in the tooth bottom. The reason why the bypass hole 102c is provided here is to extract the refrigerant gas from the bypass hole 102c when the pressure in the compression chamber 103 becomes equal to or higher than the discharge pressure. In FIG. 8, a bypass valve plate 104 that is a reed valve plate and a retainer 104 a that limits the degree of opening of the valve plate 104 are fixed by a bypass screw 105 so as to cover the bypass hole 102 c. A discharge hole 102d is opened near the center.

また、図9において、歯底面の外縁側に吸込掘込102eを設け、そこに背面から吸込パイプ106を挿入するための吸込穴102fを設ける。この吸込穴102fに前記吸込パイプ106を挿入するが、そのときに弁体107aと逆止弁ばね107bを入れ、吸込側逆止弁107を形成する。さらに、固定スクロール102の外周に吐出ガスおよび油を流す複数個の流通溝102gを設ける。
図9、図10において弁穴102hを開け、弁シール面102iを設ける。そして、この弁穴102hの側面からR溝102mと通じる吸込側導通路102kを設ける。図10において、前記弁穴102hに弁体108aと差圧弁ばね108bを入れ、ばね位置決具108cに前記差圧弁ばね108bの一端を挿入した状態で弁キャップ108dを前記弁穴102hよりも直径の大きい弁キャップ挿入部102lに圧入し、差圧制御弁108を形成する。
Moreover, in FIG. 9, the suction digging 102e is provided in the outer edge side of a tooth base, and the suction hole 102f for inserting the suction pipe 106 from there is provided there. The suction pipe 106 is inserted into the suction hole 102f. At this time, the valve body 107a and the check valve spring 107b are inserted to form the suction side check valve 107. Further, a plurality of flow grooves 102 g for flowing the discharge gas and oil are provided on the outer periphery of the fixed scroll 102.
9 and 10, the valve hole 102h is opened to provide a valve seal surface 102i. A suction-side conduction path 102k that communicates with the R groove 102m from the side surface of the valve hole 102h is provided. In FIG. 10, the valve cap 108d has a diameter larger than that of the valve hole 102h in a state where the valve body 108a and the differential pressure valve spring 108b are inserted into the valve hole 102h, and one end of the differential pressure valve spring 108b is inserted into the spring positioning tool 108c. A pressure difference control valve 108 is formed by press-fitting into the large valve cap insertion portion 102l.

フレーム109は、外周部に前記固定スクロール102を取り付ける固定取付面109a、その内側に旋回はさみこみ面109bが設けられる。そのさらに内側には、オルダムリング110をフレーム109と旋回スクロール101の間に配置するため、フレームオルダム溝109cを設ける。また、中央部には軸シール109dと主軸受109eを設け、そのスクロール側にシャフト111を受けるシャフトスラスト面109fを設ける。外周面にはガス及び油の流路となる複数の流通溝109hが設けられる。   The frame 109 is provided with a fixed mounting surface 109a for mounting the fixed scroll 102 on the outer peripheral portion, and a turning pinching surface 109b on the inner side. Further on the inner side, a frame Oldham groove 109 c is provided in order to place the Oldham ring 110 between the frame 109 and the orbiting scroll 101. A shaft seal 109d and a main bearing 109e are provided at the center, and a shaft thrust surface 109f for receiving the shaft 111 is provided on the scroll side. A plurality of flow grooves 109h serving as gas and oil flow paths are provided on the outer peripheral surface.

オルダムリング110の一面にフレーム突起部110aが設けられ、もう一方の面には旋回突起部110bが設けられる。   A frame protrusion 110a is provided on one surface of the Oldham ring 110, and a turning protrusion 110b is provided on the other surface.

シャフト111には内部にシャフト給油孔111aと主軸受給油孔111bと軸シール給油孔111cと副軸受給油孔111dが設けられる。さらに偏心部111eに旋回軸受101cに挿入され、一方の端部には副軸受113が挿入される。副軸受113は副軸ハウジング115に組み込まれ、副軸ハウジング115は密閉容器122に固定された副軸受支持板114に固定される。さらに、シャフト111にはロータ112aが圧入されており、密閉容器122に焼き嵌めされたステータ112bとでモータ112を形成する。   The shaft 111 is provided with a shaft oil supply hole 111a, a main bearing oil supply hole 111b, a shaft seal oil supply hole 111c, and a sub-bearing oil supply hole 111d. Further, the pivot bearing 101c is inserted into the eccentric portion 111e, and the auxiliary bearing 113 is inserted into one end portion. The auxiliary bearing 113 is incorporated in the auxiliary shaft housing 115, and the auxiliary shaft housing 115 is fixed to the auxiliary bearing support plate 114 fixed to the sealed container 122. Further, a rotor 112 a is press-fitted into the shaft 111, and a motor 112 is formed with a stator 112 b that is shrink-fitted into the sealed container 122.

次に動作を説明する。前記ロータ112aが回転することにより、前記シャフト111が回転し前記旋回スクロール101が旋回運動する。ここで、前記オルダムリング110があるので前記旋回スクロール101の自転が防止される。この動作により吸込口116内の冷媒ガスが両スクロールの間に形成される圧縮室103に入り圧縮されて前記吐出穴102dから固定背面室117に吐出される。このときの圧力はPdである。   Next, the operation will be described. As the rotor 112a rotates, the shaft 111 rotates and the orbiting scroll 101 orbits. Here, since the Oldham ring 110 is provided, rotation of the orbiting scroll 101 is prevented. By this operation, the refrigerant gas in the suction port 116 enters the compression chamber 103 formed between the scrolls and is compressed and discharged from the discharge hole 102d to the fixed back chamber 117. The pressure at this time is Pd.

前記固定背面室117に吐出された冷媒ガスは前記固定スクロール102およびフレーム外周部にある流通溝102g、109hを通ってモータ室118に入る。そのモータ室118に入った冷媒ガスはモータ112を通る。その過程で、冷媒ガスはロータ112aやステータ112bに衝突しその中に含まれる油を分離し、分離された油はモータ室118の下部におちる。モータ室118に入った冷媒ガスは副軸支持板114に形成された通気孔114aを通って、油分離板125に衝突しその中に含まれる油を分離して吐出パイプ120より外部に出る。   The refrigerant gas discharged into the fixed back chamber 117 enters the motor chamber 118 through the fixed scroll 102 and flow grooves 102g and 109h in the outer periphery of the frame. The refrigerant gas that has entered the motor chamber 118 passes through the motor 112. In the process, the refrigerant gas collides with the rotor 112 a and the stator 112 b and separates the oil contained therein, and the separated oil falls in the lower part of the motor chamber 118. The refrigerant gas that has entered the motor chamber 118 passes through the vent hole 114a formed in the auxiliary shaft support plate 114, collides with the oil separation plate 125, separates the oil contained therein, and exits from the discharge pipe 120 to the outside.

ここで冷媒ガスが前記通気孔114aを通る流路抵抗により絞られて、貯油室121の圧力は前記モータ室118の圧力より低く、Pd’となる。この結果、モータ室118の潤滑油119は副軸支持板114の導油孔114bより押し出されモータ室118の油面より貯油室121の油面が高くなる。   Here, the refrigerant gas is throttled by the flow path resistance passing through the vent hole 114a, and the pressure in the oil storage chamber 121 is lower than the pressure in the motor chamber 118 and becomes Pd '. As a result, the lubricating oil 119 in the motor chamber 118 is pushed out from the oil guide hole 114 b of the auxiliary shaft support plate 114, and the oil level in the oil storage chamber 121 becomes higher than the oil level in the motor chamber 118.

次に給油について説明する。旋回スクロール101と固定スクロール102とフレーム109により形成される中間圧室123の圧力は前記差圧制御弁108により吸込圧力Psと吐出圧力Pdの間の圧力(以後、中間圧Pbとする。)となる。吐出圧雰囲気にある貯油室121内の潤滑油119は吐出圧Pd’と中間圧Pbの差圧により、給油パイプ124からシャフト給油孔111aを通って旋回軸受101cに給油される。   Next, refueling will be described. The pressure in the intermediate pressure chamber 123 formed by the orbiting scroll 101, the fixed scroll 102, and the frame 109 is a pressure between the suction pressure Ps and the discharge pressure Pd by the differential pressure control valve 108 (hereinafter referred to as intermediate pressure Pb). Become. The lubricating oil 119 in the oil storage chamber 121 in the discharge pressure atmosphere is supplied from the oil supply pipe 124 to the swivel bearing 101c through the shaft oil supply hole 111a due to the differential pressure between the discharge pressure Pd 'and the intermediate pressure Pb.

また、シャフト111の回転による遠心力により主軸受給油孔111b、軸シール給油孔111c、副軸受給油孔111dから各摺動部へ給油される。旋回軸受101cに給油された潤滑油119は、前記中間圧室123に漏れこみ、差圧制御弁108から吸込口116に入り冷媒ガスとともに前記固定背面室117に吐出される。   Further, the sliding force is supplied from the main bearing oil supply hole 111b, the shaft seal oil supply hole 111c, and the sub-bearing oil supply hole 111d to the sliding portions by the centrifugal force generated by the rotation of the shaft 111. The lubricating oil 119 supplied to the slewing bearing 101 c leaks into the intermediate pressure chamber 123, enters the suction port 116 from the differential pressure control valve 108, and is discharged to the fixed back chamber 117 together with the refrigerant gas.

次に各室と圧力について説明する。   Next, each chamber and pressure will be described.

吸込室116は、主に旋回スクロール101と固定スクロール102により形成され、吸込圧Psの圧力状態にあり、逆止弁107を介して蒸発器7aに接続されている。逆止弁107から圧縮室103の入口までの圧力も吸込圧と考えられる。そのような意味では、後述の高圧Pdに対して、低圧Psとも言える。   The suction chamber 116 is mainly formed by the orbiting scroll 101 and the fixed scroll 102, is in a pressure state of the suction pressure Ps, and is connected to the evaporator 7 a via the check valve 107. The pressure from the check valve 107 to the inlet of the compression chamber 103 is also considered as the suction pressure. In that sense, it can be said to be a low pressure Ps with respect to a high pressure Pd described later.

圧縮室103は、主に旋回スクロール101と固定スクロール102により形成され、シャフト111の回転運動に伴い容積が縮小して冷媒を低圧Psから高圧Pdへと圧縮するもので、固定スクロール102の渦巻きの中心部が吐出側で圧縮機チャンバ内(図3では上側,図8では固定背面室117)に連通している。Pdは吐出圧、つまり圧縮室103から吐き出された冷媒の圧力である。その後、114aを通って、圧力センサ8で計測される圧縮機の吐出圧はPd’である。   The compression chamber 103 is mainly formed by the orbiting scroll 101 and the fixed scroll 102. The compression chamber 103 compresses the refrigerant from the low pressure Ps to the high pressure Pd by the rotational movement of the shaft 111. The central portion communicates with the inside of the compressor chamber (the upper side in FIG. 3 and the fixed back chamber 117 in FIG. 8) on the discharge side. Pd is the discharge pressure, that is, the pressure of the refrigerant discharged from the compression chamber 103. Thereafter, the compressor discharge pressure measured by the pressure sensor 8 through 114a is Pd '.

背圧室(中間圧室)123は、主に旋回スクロール101とフレーム109により形成され、吸込室116とは旋回スクロール101の鏡板101aの面(鏡板面)と、これに対向する固定スクロール102の対向面との間の微小隙間であるサンドイッチクリアランス(絞りX1)を介して連通し、圧縮機1a下部に貯留した潤滑油とはシャフト111に形成されたシャフトスラスト面109fと旋回スクロール101との微小隙間及びシャフト111と各軸受101c,109eとの微小隙間(絞りX2)を介して連通している。   The back pressure chamber (intermediate pressure chamber) 123 is mainly formed by the orbiting scroll 101 and the frame 109, and the suction chamber 116 is the surface of the end plate 101a (end plate surface) of the orbiting scroll 101 and the fixed scroll 102 facing the same. The lubricant stored in the lower portion of the compressor 1 a communicates with the sandwich thrust (throttle X 1) that is a minute gap between the opposed surfaces and the minute amount between the shaft thrust surface 109 f formed on the shaft 111 and the orbiting scroll 101. The clearance and the shaft 111 communicate with each of the bearings 101c and 109e through a minute clearance (aperture X2).

低圧室(吸込室116)に入った冷媒は、圧縮室103に導入されて圧縮され、低圧Psから高圧Pdとなりチャンバ内を経て吐き出され冷媒開閉弁2、4へと循環される。すなわち、図8等で説明されている圧縮機は、チャンバ内空間が高圧Pdとなる高圧タイプ圧縮機である。背圧室123は、絞りX1を介した低圧室116の低圧Psの影響と、絞りX2を介した潤滑油の高圧Pdの影響とを受けて中間圧Pbとなる。この中間圧Pbと低圧Psとの差圧が旋回スクロール101の背圧△P(=Pb−Ps)となって旋回スクロール101を固定スクロール102に密着させ、圧縮室の密閉性を高める働きをする。詳細は図11の左半分を用いて後述する。   The refrigerant that has entered the low-pressure chamber (suction chamber 116) is introduced into the compression chamber 103 and compressed, becomes low-pressure Ps to high-pressure Pd, is discharged through the chamber, and is circulated to the refrigerant on-off valves 2 and 4. That is, the compressor illustrated in FIG. 8 and the like is a high-pressure type compressor in which the chamber inner space has a high pressure Pd. The back pressure chamber 123 becomes an intermediate pressure Pb under the influence of the low pressure Ps of the low pressure chamber 116 via the throttle X1 and the influence of the high pressure Pd of the lubricating oil via the throttle X2. The differential pressure between the intermediate pressure Pb and the low pressure Ps becomes the back pressure ΔP (= Pb−Ps) of the orbiting scroll 101, and the orbiting scroll 101 is brought into close contact with the fixed scroll 102, thereby improving the hermeticity of the compression chamber. . Details will be described later using the left half of FIG.

圧縮室の密閉性について説明を続ける。図12は、旋回スクロール101の鏡板面(固定スクロール102の歯先面)を表している。旋回スクロール101の鏡板面と固定スクロール102の歯先面との間隔は、圧縮室103の密閉性に鑑みれば理想的にはゼロとされるが、機械的には微小隙間があり、密閉性は100%とはならない。従って、前述のサンドイッチクリアランスがある分、各スクロールの歯先を介して吸込室116と圧縮室103とは連通している。この隙間を絞りX0とする(図示せず)。絞りX0は、図2における圧縮室103の台形の中に存在すると考えることができる。   Continue to explain the sealing performance of the compression chamber. FIG. 12 shows the end plate surface of the orbiting scroll 101 (the tooth tip surface of the fixed scroll 102). The distance between the end plate surface of the orbiting scroll 101 and the tooth tip surface of the fixed scroll 102 is ideally zero in view of the sealing property of the compression chamber 103, but there is a minute gap mechanically, and the sealing property is It will not be 100%. Accordingly, the suction chamber 116 and the compression chamber 103 communicate with each other through the tooth tips of the scrolls as much as the above-described sandwich clearance exists. This gap is referred to as an aperture X0 (not shown). It can be considered that the diaphragm X0 exists in the trapezoid of the compression chamber 103 in FIG.

前記の構成において圧縮機1a、1bの運転中は、蒸発器7a、7b側から吸い込んだ圧力Ps’の低圧冷媒は、逆止弁107を介して低圧室116に入りPs’とほぼ等しい圧力Psとなる。Ps’は蒸発器側の圧力であり、冷媒調整弁6a,6bから逆止弁107までの圧力であるが、逆止弁107が開のときはPs’=Psと考えられる。なお、逆止弁107は、圧縮機1a停止時には閉じて、吐出圧Pdの流体が蒸発器7aに逆流することを防止するものであるが、圧縮機運転時には開いているものである。但し、運転停止後十分長い時間が経過した後は、各室の圧力がバランスするので逆止弁107は開放される。   In the above configuration, during operation of the compressors 1a and 1b, the low-pressure refrigerant having the pressure Ps ′ sucked from the evaporators 7a and 7b enters the low-pressure chamber 116 via the check valve 107 and has a pressure Ps substantially equal to Ps ′. It becomes. Ps ′ is the pressure on the evaporator side, and is the pressure from the refrigerant regulating valves 6a, 6b to the check valve 107. When the check valve 107 is open, Ps ′ = Ps. The check valve 107 is closed when the compressor 1a is stopped to prevent the fluid having the discharge pressure Pd from flowing back to the evaporator 7a, but is open when the compressor is in operation. However, after a sufficiently long time has elapsed after the operation is stopped, the check valve 107 is opened because the pressure in each chamber is balanced.

圧縮機運転中は、絞りX2を介して中間圧室123に漏れ込んだ潤滑油が、絞りX1を介して吸込室116に供給され、絞りX0を介して圧縮室103に供給される。この際、潤滑油が絞りX0部分をシールすることで圧縮室103の密閉性を高めている。すなわち圧縮機運転中は、潤滑油が絞りX0部分に供給され続けるので、圧縮室103の密閉性が保たれるが、圧縮機が停止されると潤滑油の供給が止まり、絞りX0部分のシール作用が無くなって圧縮室103と吸込室116とは連通して同じ圧力になってバランスする。この作用は、図12に図示されている。   During the compressor operation, the lubricating oil that has leaked into the intermediate pressure chamber 123 via the throttle X2 is supplied to the suction chamber 116 via the throttle X1, and is supplied to the compression chamber 103 via the throttle X0. At this time, the sealing oil of the compression chamber 103 is improved by sealing the throttle X0 portion with the lubricating oil. That is, during operation of the compressor, the lubricating oil continues to be supplied to the throttle X0 portion, so that the compression chamber 103 is kept hermetically sealed. However, when the compressor is stopped, the supply of lubricating oil stops and the throttle X0 portion is sealed. Since the action is lost, the compression chamber 103 and the suction chamber 116 communicate with each other and are balanced at the same pressure. This effect is illustrated in FIG.

図12は、図8のA−A矢視断面図である。従って、この紙面上では固定スクロール102の歯先と、旋回スクロール101の歯底が表示されている。なお、歯底は断面であるのでハッチングを施しているが、歯先は実物なのでハッチングを施していない。図12では、ハッチングを施している旋回スクロール101が反時計方向に回転する。絞りX0部分のシール作用が無くなって高圧Pdの冷媒が漏れるのは、図12の紙面上ではハッチングのない固定スクロールの歯先の部分から外側へ向かって漏れることになる。   12 is a cross-sectional view taken along arrow AA in FIG. Therefore, the tooth tip of the fixed scroll 102 and the tooth bottom of the orbiting scroll 101 are displayed on the paper surface. The tooth bottom is hatched because it has a cross section, but the tooth tip is not hatched because it is real. In FIG. 12, the orbiting scroll 101 that has been hatched rotates counterclockwise. The reason that the high-pressure Pd refrigerant leaks because the sealing action of the restrictor X0 portion is lost is that it leaks outward from the toothed portion of the fixed scroll without hatching on the paper surface of FIG.

このとき、高圧Pdの冷媒がX0を介して吸込室116に漏れ、低圧PsがPdの影響を受けて、ほぼPdへと増加する。各室の関係を見ると、吸込室116と圧縮室103は同等の容積と考えられるが、圧力に注目すると、圧縮機が高圧タイプ圧縮機であるため、低圧Psの空間である吸込室116よりも高圧Pdの空間の方が非常に大きいからである。高圧Pdの空間は、少なくとも圧縮室103、固定背面室117、モータ室118の合計である。   At this time, the high-pressure Pd refrigerant leaks into the suction chamber 116 via X0, and the low-pressure Ps increases to almost Pd due to the influence of Pd. Looking at the relationship between the chambers, the suction chamber 116 and the compression chamber 103 are considered to have the same volume. However, when attention is paid to the pressure, the compressor is a high-pressure type compressor, so that the suction chamber 116 is a space of low pressure Ps. This is because the space of the high pressure Pd is much larger. The space of the high pressure Pd is a total of at least the compression chamber 103, the fixed back chamber 117, and the motor chamber 118.

以上、圧縮機の運転が停止すると、吸込室116の圧力もPdとなる。また、吸込室116は、絞りX1を介して背圧室(中間圧室)123と連通しているので、背圧室123の圧力もPdへと増加する。背圧室123の容積も高圧Pdの空間に比して非常に小さいと考えられるからである。   As described above, when the operation of the compressor stops, the pressure in the suction chamber 116 also becomes Pd. Further, since the suction chamber 116 communicates with the back pressure chamber (intermediate pressure chamber) 123 via the throttle X1, the pressure in the back pressure chamber 123 also increases to Pd. This is because the volume of the back pressure chamber 123 is also considered to be very small compared to the space of the high pressure Pd.

この作用を図11を用いて説明する。 図11は、旋回スクロール101,固定スクロール102と圧力Pd,Ps,Pbの大きさを示しており、左半分は圧縮機運転中の圧力の関係、右半分は圧縮機運転停止後の圧力の関係を示している。左半分で圧力の分布が曲線状になっているのは、スクロール圧縮機であるからであり、シャフト111の回転軸心の半径が大きい方から、すなわち外側から低圧の冷媒が入ってきて前記回転軸心、すなわち中心へ行くほど圧縮されて圧力が高くなるからである。   This operation will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows the magnitudes of the orbiting scroll 101 and the fixed scroll 102 and the pressures Pd, Ps, and Pb. The left half shows the pressure during operation of the compressor, and the right half shows the pressure after stopping the compressor operation. Is shown. The reason why the pressure distribution is curved in the left half is that it is a scroll compressor, and the low-pressure refrigerant enters from the larger radius of the rotation axis of the shaft 111, that is, from the outside. This is because the pressure increases as it goes to the axial center, that is, the center.

圧縮機運転中は、図中左半分の下向きの圧力と上向きの圧力との関係は、上向きの圧力、延いては上向きの押付力が大きいように設計されており、前述の通り、背圧△P(=Pb−Ps)で旋回スクロール101を固定スクロール102に密着させ、圧縮室の密閉性を高める。また、潤滑油によっても圧縮室の密閉性が高められている。   During operation of the compressor, the relationship between the downward pressure and the upward pressure in the left half of the figure is designed so that the upward pressure and thus the upward pressing force are large. The orbiting scroll 101 is brought into close contact with the fixed scroll 102 with P (= Pb−Ps), thereby improving the sealing performance of the compression chamber. Also, the sealing chamber is hermetically sealed by lubricating oil.

ところが圧縮機が停止されると、回転慣性でロータは多少回るものの回転数が落ちてくる、それに伴って潤滑油の供給が低減して、そのうち潤滑油によるシール効果がなくなる。すると圧縮室103の密閉性が保てなくなり、吸込室116が高圧Pdとなる。図11の右半分と図12は、このときの状態を表している。図12は、中心から外側に向かって高圧の冷媒が漏れて行く様子を表しており、図11は、左半分と比較して、右半分の下向きの圧力が外側まで大きくなったことが表されている。この圧力状態では、上向きの旋回スクロールの押付力よりも、下向きの力が大きくなる。従って、旋回スクロールが下向きに押されて絞りX1の機能が低減され、背圧室123も高圧Pdとなって、旋回スクロール101の上下の圧力がPdでバランスする。   However, when the compressor is stopped, the rotational speed decreases although the rotor rotates slightly due to the rotational inertia, and accordingly, the supply of lubricating oil is reduced, and the sealing effect by the lubricating oil is lost. Then, the sealing property of the compression chamber 103 cannot be maintained, and the suction chamber 116 becomes the high pressure Pd. The right half of FIG. 11 and FIG. 12 show the state at this time. FIG. 12 shows how high-pressure refrigerant leaks from the center toward the outside, and FIG. 11 shows that the downward pressure on the right half has increased to the outside compared to the left half. ing. In this pressure state, the downward force is larger than the pressing force of the upward turning scroll. Accordingly, the orbiting scroll is pushed downward, the function of the throttle X1 is reduced, the back pressure chamber 123 also becomes the high pressure Pd, and the upper and lower pressures of the orbiting scroll 101 are balanced by Pd.

圧縮機の運転停止後十分長い時間、例えば30分を経ると、圧力バランス状態は、Pd=Pb=Ps=Pd’=Ps’となる。このとき逆止弁107は開放されている。   After a sufficiently long time, for example, 30 minutes, after the compressor is stopped, the pressure balance state becomes Pd = Pb = Ps = Pd ′ = Ps ′. At this time, the check valve 107 is opened.

図4は本発明を適用しない場合の運転開始時の動作説明図で、横軸はヒートポンプ運転の時間経過を示し、縦軸は給湯使用状態、例えば蛇口16の開閉、圧縮機の運転状態、圧縮機内臓の逆止弁107の開閉状態及び圧縮機内外の圧力変化を示す。
先ず、左端に示す給湯運転状態において、中間圧Pbは吐出圧Pdと吸込圧Psの中間にあり、中間圧Pbと吸込圧Psの差圧、すなわち背圧△Pは圧縮室103の密閉性を十分に維持できる値である。また、圧縮機1a、1bの吸引作用によりPs≦Ps’となっており前記逆止弁107は開放されているが、運転停止すると逆止弁107は閉止し、Pd、Pb、Psは徐々にバランスして低圧Psは高くなる。更に時間が経過して図1の圧縮機、冷媒開閉弁、冷媒側伝熱管、冷媒調整弁、蒸発器のサイクルを通じてヒートポンプ回路全体の圧力がバランスすると、ほぼPd=Pb=Ps=Pd’=Ps’となり逆止弁は開放される。なお、圧力がバランスしたTaの間は、グラフ上の各圧力線は一本に重ねて表示している。
FIG. 4 is an operation explanatory diagram at the start of operation when the present invention is not applied. The horizontal axis indicates the time passage of the heat pump operation, and the vertical axis indicates the hot water supply usage state, for example, opening / closing of the faucet 16, compressor operating state, The open / close state of the internal check valve 107 and the pressure change inside and outside the compressor are shown.
First, in the hot water supply operation state shown at the left end, the intermediate pressure Pb is in the middle of the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps, and the differential pressure between the intermediate pressure Pb and the suction pressure Ps, that is, the back pressure ΔP indicates the sealing property of the compression chamber 103. It is a value that can be maintained sufficiently. Further, Ps ≦ Ps ′ is established by the suction action of the compressors 1a and 1b, and the check valve 107 is opened. However, when the operation is stopped, the check valve 107 is closed and Pd, Pb, and Ps gradually increase. In balance, the low pressure Ps increases. Further, when the pressure of the entire heat pump circuit is balanced through the cycle of the compressor, the refrigerant on-off valve, the refrigerant side heat transfer pipe, the refrigerant adjustment valve, and the evaporator of FIG. 1 as time elapses, it is almost Pd = Pb = Ps = Pd ′ = Ps 'And the check valve is opened. In addition, during the Ta where the pressure is balanced, each pressure line on the graph is overlapped and displayed.

逆止弁107が開放されている状態では、圧縮機の低圧側内容積、すなわち吸込室116が「圧縮機低圧部+蒸発器内容積」へと拡大されたのと同様となり、圧縮機始動時に低圧側冷媒が吸引されても、低圧側内容積が大きいので容易に吸込室116の圧力が低下しない。そのため低圧側圧力Psの低下が遅く、背圧△Pが拡大しにくい。つまり背圧△P(=Pb−Ps)が上がらず、旋回スクロール101が固定スクロール102に十分密着しないことにより圧縮室の十分な密閉性が確保されず、効率が悪いので、加熱立ち上がり時間を遅らせることとなる。すなわち運転立ち上がり時間T1が長く掛かってしまう。   In the state where the check valve 107 is opened, it becomes the same as when the low pressure side internal volume of the compressor, that is, the suction chamber 116 is expanded to "compressor low pressure portion + evaporator internal volume". Even when the low-pressure side refrigerant is sucked, the pressure in the suction chamber 116 does not easily decrease because the internal volume on the low-pressure side is large. For this reason, the decrease in the low-pressure side pressure Ps is slow, and the back pressure ΔP is difficult to increase. That is, the back pressure ΔP (= Pb−Ps) does not increase, and the orbiting scroll 101 does not sufficiently adhere to the fixed scroll 102, so that the sufficient sealing performance of the compression chamber is not ensured and the efficiency is poor, so the heating rise time is delayed. It will be. That is, the operation rise time T1 takes a long time.

ヒートポンプ運転開始から水冷媒熱交換器3を介した直接出湯による給湯の温度が使用適温になるまでの加熱立ち上がり時間を運転立ち上がり時間といい、貯湯タンク27の大きさや給湯使用の使い勝手に大きく影響し、瞬間式ヒートポンプ給湯機においては最も重要な指標の一つである。   The heating rise time from the start of the heat pump operation until the temperature of the hot water supply by direct hot water through the water / refrigerant heat exchanger 3 reaches the appropriate temperature for use is called the operation rise time, which greatly affects the size of the hot water storage tank 27 and the convenience of using the hot water supply. It is one of the most important indicators in the instantaneous heat pump water heater.

前記運転立ち上がり時間T1の間は、水熱交換器3からの直接給湯と貯湯タンク27からのタンク給湯を併用しており、T1が長いほどタンクからの出湯量が多くなるので、タンク容量を大きくしなければならない。特に瞬間式ヒートポンプ給湯機においては、加熱能力の大容量化を必要とするため、蒸発器7a、7bの容積が大きい。従って、低圧側圧力Psの影響が大きいので、密閉不完全→低圧漏れ→中間圧Pb上がらず→背圧不十分→密閉不完全の悪循環となり、圧縮不足による加熱遅れが生じ、T1が長い。   During the operation start-up time T1, the hot water supply from the water heat exchanger 3 and the tank hot water supply from the hot water storage tank 27 are used together. The longer the T1, the greater the amount of hot water discharged from the tank. Must. Particularly in the instantaneous heat pump water heater, the capacity of the evaporators 7a and 7b is large because it is necessary to increase the heating capacity. Therefore, since the influence of the low-pressure side pressure Ps is large, the incomplete sealing → low-pressure leakage → the intermediate pressure Pb does not increase → the back pressure is insufficient → the incomplete sealing is a vicious cycle, a heating delay due to insufficient compression occurs, and T1 is long.

次に図5は本発明の第一の実施例を示す運転開始時の動作説明図で、図4と同様横軸はヒートポンプ運転の時間経過を示し、縦軸は給湯使用状態、圧縮機の運状態、逆止弁107の開閉状態、及び圧縮機内外の圧力変化を示す。   Next, FIG. 5 is an operation explanatory diagram at the start of operation showing the first embodiment of the present invention. As in FIG. 4, the horizontal axis shows the time passage of the heat pump operation, the vertical axis shows the hot water usage condition, and the compressor operation. The state, the open / close state of the check valve 107, and the pressure change inside and outside the compressor are shown.

左端に示す給湯運転状態においては図4と同様である。また、図5の右側に示す、本運転前の予備的な運転(予備運転)時においては逆止弁107が開放されているため、圧縮機1a、1bの吸引側容積として圧縮機1a、1b内の低圧部容積に蒸発器7a、7bの容積が加わるため、低圧側圧力Psの低下が遅く、背圧△Pの拡大が遅いため固定スクロール102と旋回スクロール101の密着が不完全な状態が続くが、予備的な運転は数十秒の短時間T3で停止する。この予備運転が停止すると、吸込圧Ps,中間圧PbともほぼPdへと高まることは前述の通りである。また、圧縮機の予備的な運転が停止すると逆止弁107は閉じる。   The hot water supply operation state shown at the left end is the same as FIG. Further, since the check valve 107 is opened during the preliminary operation (preliminary operation) before the main operation shown on the right side of FIG. 5, the compressors 1a and 1b are used as the suction side volumes of the compressors 1a and 1b. Since the volume of the evaporators 7a and 7b is added to the volume of the low-pressure part, the low-pressure side pressure Ps decreases slowly and the back pressure ΔP increases slowly, so that the fixed scroll 102 and the orbiting scroll 101 are not in close contact with each other. Although continuing, preliminary operation stops in a short time T3 of several tens of seconds. As described above, when the preliminary operation stops, both the suction pressure Ps and the intermediate pressure Pb increase to almost Pd. When the preliminary operation of the compressor is stopped, the check valve 107 is closed.

予備運転停止後しばらくの時間が経過しても、背圧△Pが十分高い状態を保っている間に本運転を開始するよう予備運転停止時間T4を設定する。短時間(T3)の予備運転の一旦停止後運転を再開(本運転を開始)すると、先ず逆止弁107が開く。すると、吸込室116が「圧縮機低圧部+蒸発器内容積」へと拡大されたのと同様となり、容易に吸込室116の圧力が低下しないはずである。   Even if some time has elapsed after stopping the preliminary operation, the preliminary operation stop time T4 is set so that the main operation is started while the back pressure ΔP is kept sufficiently high. When the operation is resumed after the temporary operation is temporarily stopped for a short time (T3) (the main operation is started), the check valve 107 is first opened. Then, it becomes the same as that the suction chamber 116 was expanded to "compressor low pressure part + evaporator internal volume", and the pressure of the suction chamber 116 should not easily decrease.

しかし、予備運転停止時間T4中Pdとなっていた吸込室116の圧力は、逆止弁107が開いたことによって、Ps’へと低下し、背圧△Pは急速に拡大する。なお、背圧△Pは拡大されるが、差圧制御弁108により、所定値以下に保たれる。この拡大した背圧△Pにより、固定スクロール102を押圧し、旋回スクロール101との密閉性が十分な状態になるため、十分圧縮された高温高圧冷媒が圧縮機1a、1b内を通して水冷媒熱交換器3側へ吐き出される。   However, the pressure in the suction chamber 116 that has been Pd during the preliminary operation stop time T4 decreases to Ps ′ due to the opening of the check valve 107, and the back pressure ΔP rapidly increases. Although the back pressure ΔP is increased, it is maintained at a predetermined value or less by the differential pressure control valve 108. Due to the increased back pressure ΔP, the fixed scroll 102 is pressed and the sealing with the orbiting scroll 101 is sufficiently sealed, so that the sufficiently compressed high-temperature and high-pressure refrigerant passes through the compressors 1a and 1b to perform water refrigerant heat exchange. It exhales to the container 3 side.

図4の運転立ち上がり時間はT1で示すように比較的長く掛かるが、予備運転と本運転の二段階始動制御を用いた場合においては、図5のT2で示すように運転立ち上がり時間の短縮を図ることができる。この時間短縮分、貯湯タンク27からの出湯量を抑えることができる。T2の終わりは、すなわち貯湯タンクからの出湯をやめることができる時刻であるから、T2の終期の明確化という点では好ましくない。また、本運転開始からT2の終わりまでは比較的短いと考えられる。従って、少なくとも給湯要求があってから本運転が開始されるまでの間で考えたとしても、貯湯タンクからの出湯量を抑えることができる。延いてはタンク容量の小型化を図ることができ、ほぼT2/T1に比例して小型化を図り得る。   The operation rise time in FIG. 4 takes a relatively long time as indicated by T1, but when the two-stage start control of the preliminary operation and the main operation is used, the operation rise time is reduced as indicated by T2 in FIG. be able to. The amount of hot water discharged from the hot water storage tank 27 can be suppressed by this time shortening. Since the end of T2 is the time at which the hot water from the hot water storage tank can be stopped, it is not preferable in terms of clarifying the end of T2. Further, it is considered that the period from the start of the actual operation to the end of T2 is relatively short. Therefore, the amount of hot water discharged from the hot water storage tank can be suppressed even if at least the time from when there is a hot water supply request until the actual operation is started is considered. As a result, the tank capacity can be reduced and the size can be reduced substantially in proportion to T2 / T1.

なお、予備運転時間T3はPd、Psの圧力変化により運転停止後、背圧△Pが確保できる、例えば30〜40秒前後とする。また、背圧△Pが確保されている時間内において本運転を開始するには、予備運転停止時間T4は例えば10〜20秒前後とする。もちろん、これらの時間は、運転立ち上がり時間を短縮することができる範囲で、短いほど好ましい。   The preliminary operation time T3 is, for example, about 30 to 40 seconds after which the back pressure ΔP can be secured after the operation is stopped due to the pressure change of Pd and Ps. Further, in order to start the main operation within the time during which the back pressure ΔP is secured, the preliminary operation stop time T4 is set to, for example, around 10 to 20 seconds. Of course, these times are preferably as short as possible within a range where the operation start-up time can be shortened.

予備運転時間30〜40秒及び予備運転停止時間10〜20秒の合計一分程度を使うと一見遠回りのようであるが、これらの時間を使ったとしても、運転立ち上がり時間を短縮することができる。例えば、従来の1サイクルヒートポンプで約6分、2サイクルヒートポンプで約4分掛かったものが、二段階始動制御を行うことにより約3分へと短縮できる。このように、貯湯タンクからの高温給湯量を少なくすることができ、熱量の放出を低減できるので加熱能力を高く維持することができる。また、貯湯タンクからの給湯量を抑えることができるので、貯湯タンクの小形化を図ることができる。また、前記予備運転を行うことによって、予め圧縮機の各摺動部に潤滑油が供給され、本運転時の回転数の加速化に対応し、圧縮機の始動信頼性の向上を図ることができる効果をも有するものである。   Using a total of about 1 minute of the preliminary operation time of 30 to 40 seconds and the preliminary operation stop time of 10 to 20 seconds seems to be a detour, but even if these times are used, the operation start-up time can be shortened. . For example, a conventional one-cycle heat pump that takes about 6 minutes and a two-cycle heat pump that takes about 4 minutes can be shortened to about 3 minutes by performing two-stage start control. In this way, the amount of hot water supply from the hot water storage tank can be reduced, and the release of heat can be reduced, so that the heating capacity can be kept high. Moreover, since the amount of hot water supplied from the hot water storage tank can be suppressed, the hot water storage tank can be miniaturized. In addition, by performing the preliminary operation, lubricating oil is supplied in advance to each sliding portion of the compressor, and it is possible to improve the starting reliability of the compressor corresponding to the acceleration of the rotation speed during the main operation. It also has an effect that can be achieved.

なお、本実施例においては圧縮機の加速特性を考慮し、運転開始時は中速回転数で始動・運転(中速運転)し、一旦停止後、所定時間内に圧縮機の中速運転を行い、その後圧縮機が十分加速してから、給湯温度や給湯量に応じて高速回転数で運転(高速運転)するものである。予備運転を高速運転とすることもできるが、差圧が大きくなり過ぎる虞があり、延いては予備運転停止時間を長く取る必要が生じる虞がある。ここで、高速回転数とはヒートポンプ給湯機の定常状態における回転数をいい、中速回転数は高速回転数の半分以下とする。また、中速回転数は予備運転内の最も大きな回転数で定義される。   In this embodiment, considering the acceleration characteristics of the compressor, at the start of operation, the engine is started / operated at medium speed (medium speed operation), and once stopped, the medium speed operation of the compressor is performed within a predetermined time. After that, after the compressor is sufficiently accelerated, it is operated at a high speed (high speed operation) according to the hot water supply temperature and the hot water supply amount. Although the preliminary operation can be performed at a high speed, there is a possibility that the differential pressure becomes too large, and there is a possibility that the preliminary operation stop time needs to be long. Here, the high-speed rotation speed refers to the rotation speed in the steady state of the heat pump water heater, and the medium-speed rotation speed is not more than half of the high-speed rotation speed. Further, the medium speed rotation speed is defined by the largest rotation speed in the preliminary operation.

また、二段階始動制御は、圧縮機1a、1bの停止時間Taが例えば30分以上のような長時間にわたったときに特に効果がある。圧力バランスしてPsとPs’がほぼ等しい状態から、運転を立ち上げることになるからである。また、逆止弁107は圧縮機に内臓のものであるが、圧縮機の外部に配設されているような冷凍サイクルがあったとしても、この二段階始動制御を適用することができる。   The two-stage start control is particularly effective when the stop time Ta of the compressors 1a and 1b is extended over a long time such as 30 minutes or more. This is because the operation is started from a state where Ps and Ps ′ are approximately equal with pressure balance. Further, the check valve 107 is built in the compressor, but this two-stage start control can be applied even if there is a refrigeration cycle arranged outside the compressor.

次に、図6は台所蛇口16を開けて給湯使用する場合の運転動作を示すフローチャートの一実施例である。以下、図6を用いて、予備運転と本運転とを含む二段階始動制御を中心に説明する。   Next, FIG. 6 is an example of a flowchart showing the operation when the kitchen faucet 16 is opened and hot water is used. Hereinafter, the two-stage start control including the preliminary operation and the main operation will be mainly described with reference to FIG.

給湯要求があると、すなわち台所蛇口16を開けて湯水使用が始まる(ステップ71)と、給水水量センサ11、給水サーミスタ11a、給湯サーミスタ13a等によって各部の流量、温度が検知され、運転制御手段50は検知された値の入力を受けると共に給湯要求があったと判断する。そして、給湯開始の判定を行い(ステップ72)、一定以上の流量が一定時間以上続けば給湯開始と判定して、運転制御手段50は、各部にヒートポンプ運転の運転開始指令信号を出す。   When there is a hot water supply request, that is, when the kitchen faucet 16 is opened and the use of hot water begins (step 71), the flow rate and temperature of each part are detected by the water supply amount sensor 11, the water supply thermistor 11a, the hot water supply thermistor 13a, etc. Receives an input of the detected value and determines that a hot water supply request has been made. Then, the hot water supply start is determined (step 72). If the flow rate of a certain level or more continues for a predetermined time or longer, it is determined that hot water supply is started, and the operation control means 50 issues an operation start command signal for heat pump operation to each part.

前記一定流量、一定時間を条件とするのは、ヒートポンプ運転を行うまでもない短時間の給湯使用と、ヒートポンプ運転が必要な連続給湯使用とを判別し、無用なヒートポンプ運転を行わないためである。例えば、ちょっとした手洗いや、薬を服用するためにコップに水を注ぐような場合は、大きな流量が要求されても直ぐ(例えば3秒)に給湯要求も停止されるので、所定時間T0(例えば5秒)以内の給湯要求であれば要求流量に関わらずヒートポンプ運転を行わないようにするものである。つまり、給湯要求があってから所定時間T0(例えば5秒)経っても給湯要求が継続されているときに限り圧縮機の運転を開始するものである。また、水漏れと同視し得るような小さな流量が要求された場合もヒートポンプ運転は行わない。   The reason for the constant flow rate and the constant time is to distinguish between short-time hot water supply use that does not require heat pump operation and continuous hot water use that requires heat pump operation, and to avoid unnecessary heat pump operation. . For example, when a small amount of hand-washing or water is poured into a cup for taking medicine, a hot water supply request is stopped immediately (for example, 3 seconds) even if a large flow rate is requested, so a predetermined time T0 (for example, 5 If the hot water supply request is within a second), the heat pump operation is not performed regardless of the required flow rate. That is, the operation of the compressor is started only when the hot water supply request is continued even after a predetermined time T0 (for example, 5 seconds) since the hot water supply request is made. Also, the heat pump operation is not performed when a small flow rate that can be regarded as water leakage is required.

運転制御手段50は運転開始指令を出し、二段階始動制御により、先ず予備運転を開始(ステップ73)し、圧縮機1a、1bを始動させ、給水金具9、減圧弁10、給水水量センサ11、水逆止弁12、給水側伝熱管3c、3d、タンク混合弁29、湯水混合弁13、流量調整弁14、台所出湯金具15、台所蛇口16の給湯回路により給湯を行う。(ステップ74)。   The operation control means 50 issues an operation start command, and starts the preliminary operation (step 73) by the two-stage start control, starts the compressors 1a and 1b, and supplies the water supply fitting 9, the pressure reducing valve 10, the water supply water amount sensor 11, Hot water is supplied by the hot water supply circuit of the water check valve 12, the water supply side heat transfer pipes 3 c and 3 d, the tank mixing valve 29, the hot and cold water mixing valve 13, the flow rate adjustment valve 14, the kitchen tap metal 15 and the kitchen faucet 16. (Step 74).

運転停止後30分以上経過した後の予備運転(ステップ73)時は、逆止弁107が開放されて低圧側容量が大きく、背圧△Pが無いため圧縮室103の密閉性が不完全であり、運転立ち上がり時間は長く掛かるが、前記予備運転(ステップ73)は短時間のうちに停止(ステップ74)させ、所定時間経過後ヒートポンプ本運転を開始する(ステップ75)。本運転(ステップ75)においては、背圧△Pは本運転開始直後から急速に拡大するため(或る値α以上となるため)、圧縮室103の密閉性も十分保たれ、運転立ち上がり時間は大幅に短縮される。   In the preliminary operation (step 73) after 30 minutes or more after the operation stop, the check valve 107 is opened, the low pressure side capacity is large, and there is no back pressure ΔP, so that the compression chamber 103 is not completely sealed. Yes, the operation start-up time is long, but the preliminary operation (step 73) is stopped in a short time (step 74), and the main operation of the heat pump is started after a predetermined time (step 75). In the main operation (step 75), the back pressure ΔP rapidly increases immediately after the start of the main operation (because it exceeds a certain value α), so that the compression chamber 103 is sufficiently sealed, and the operation rise time is Significantly shortened.

前記給湯開始(ステップ72)後は、給水水量センサ11、給水サーミスタ11a、給湯サーミスタ13a等の検知データによって、運転制御手段50は給湯温度及び流量の調整を行い(ステップ75)、適正温度、適正流量の給湯運転を続ける。なお、給湯温度及び流量の判定は常時行い(ステップ76)、規定外であれば給湯温度及び流量の調整を行い(ステップ75)、規定内であれば蛇口が閉じられるまで、すなわち給湯要求が継続されている限り水冷媒熱交換器3からの直接出湯による給湯を継続する(ステップ77)。別の表現をするならば以下のようになる。圧縮機が一旦停止した後、予備運転停止時間T4(例えば10〜20秒)以上経過しても給湯要求が継続されていれば圧縮機の運転を再開して、直接出湯を行う。   After the hot water supply is started (step 72), the operation control means 50 adjusts the hot water supply temperature and flow rate based on the detection data of the water supply amount sensor 11, the water supply thermistor 11a, the hot water supply thermistor 13a, etc. (step 75). Continue the hot water supply operation at the flow rate. Note that the hot water temperature and flow rate are always determined (step 76), and if not specified, the hot water temperature and flow rate are adjusted (step 75). If within the specified range, the faucet is closed, that is, the hot water request continues. As long as this is done, hot water supply by direct hot water from the water / refrigerant heat exchanger 3 is continued (step 77). In other words, it is as follows. If the hot water supply request is continued even after the preliminary operation stop time T4 (for example, 10 to 20 seconds) has elapsed after the compressor is temporarily stopped, the operation of the compressor is resumed and the hot water is directly discharged.

瞬間型経路のみに着目すると、圧縮機1a、1bが運転開始しても即座に水冷媒熱交換器3から高温湯が直接出湯されるわけではなく、冷媒の圧縮加熱、高温冷媒の循環及び給水との熱交換を経て給湯されるため、台所蛇口16を開いてからしばらくの間は水道からの冷水ないしは少し温まったぬるま湯が出ることになる。蛇口使用を開始してからヒートポンプ運転によって使用適温(約40℃)の湯が直接給湯されるまでの間は適宜貯湯タンク27からの出湯によって高温湯を給湯し、直接出湯による給湯又は給水と合わせて使用適温として給湯する。   Focusing only on the instantaneous path, high-temperature hot water is not directly discharged from the water-refrigerant heat exchanger 3 immediately after the compressors 1a and 1b start operation, but compression heating of the refrigerant, circulation of the high-temperature refrigerant, and water supply Therefore, cold water from the water supply or warm water that has been warmed up for a while after the kitchen faucet 16 is opened. From the start of the use of the faucet to the time when hot water at the appropriate temperature (about 40 ° C) is directly supplied by the heat pump operation, hot water is supplied by hot water from the hot water storage tank 27 as appropriate, and combined with hot water supply or water supply by direct hot water supply. To supply hot water as the optimal temperature.

台所蛇口16が閉じられ湯水使用が終了すると(ステップ78)、運転制御手段50は、圧縮機1a、1bを停止し、給湯運転を終了する(ステップ79)。   When the kitchen faucet 16 is closed and the use of hot water is completed (step 78), the operation control means 50 stops the compressors 1a and 1b and ends the hot water supply operation (step 79).

次に第二の実施例を図7によって説明する。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.

前記図1にて説明した貯湯タンク付の瞬間式ヒートポンプ給湯機に対し、本実施例は、2サイクル方式で且つ大容量の圧縮機を用い、且つ、二段階始動制御を用いることにより、貯湯タンクを設けない、本格的な瞬間式ヒートポンプ給湯機を提供するものである。   In contrast to the instantaneous heat pump water heater with a hot water tank described with reference to FIG. 1, the present embodiment uses a two-cycle system and a large capacity compressor, and uses a two-stage start-up control. This is to provide a full-fledged instantaneous heat pump water heater that does not provide

図7は、前記図1のヒートポンプ給湯機と比較した場合、圧縮機1a、1b〜風呂蛇口25までは同一構成で、給湯回路40において、貯湯タンク27、タンクサーミスタ27a〜27d、タンク循環ポンプ28及びタンク混合弁29のないものである。
図7において、先ずヒートポンプ給湯機を設置した後、給水金具9、減圧弁10、給水水量センサ11、水逆止弁12、水冷媒熱交換器3、湯水混合弁13、流量調整弁14、台所出湯金具15の給水回路で給湯機内の台所給湯側の水回路を満水状態にしておき、台所蛇口16が開放されて給湯使用される度にヒートポンプ運転を行い直接出湯により給湯するものである。
7 has the same configuration from the compressors 1a and 1b to the bath faucet 25 when compared with the heat pump water heater of FIG. 1, and in the hot water supply circuit 40, the hot water storage tank 27, tank thermistors 27a to 27d, and the tank circulation pump 28. In addition, the tank mixing valve 29 is not provided.
In FIG. 7, after first installing the heat pump water heater, the water supply fitting 9, the pressure reducing valve 10, the water supply amount sensor 11, the water check valve 12, the water refrigerant heat exchanger 3, the hot water mixing valve 13, the flow rate adjusting valve 14, the kitchen The water circuit on the kitchen hot water side in the hot water supply device is filled with the water supply circuit of the hot metal fitting 15, and every time the kitchen faucet 16 is opened and hot water is used, the heat pump is operated to supply hot water directly by hot water.

本実施例においては、ヒートポンプ給湯機の加熱容量を第一の実施例に示した貯湯タンク付に対し、約2倍程度に大容量化を図り、且つ、二段階始動制御を適用することにより、実現し得るものである。すなわち、運転立ち上がり時間が従来約6分掛かったものを2サイクルとすることにより約半減し、更にヒートポンプ容量の大容量化及び二段階始動制御を適用することにより、1分以下へと短縮して実用化を図るものである。   In this embodiment, the heating capacity of the heat pump water heater is about twice as large as that of the hot water storage tank shown in the first embodiment, and by applying two-stage start control, It can be realized. In other words, the operation start-up time, which previously took about 6 minutes, is reduced to about half by making it 2 cycles, and further reduced to 1 minute or less by applying a large heat pump capacity and two-stage start control. It is intended for practical use.

この二段階始動制御を従来の貯湯式ヒートポンプ給湯機に適用した場合、貯湯式においては1日に1回夜間のみ運転するので、断続回数が少なく加熱立ち上がり時間短縮の効果は顕著ではないが、圧縮機の圧縮性能を向上し、不完全圧縮防止などの信頼性向上の効果を有するものである。   When this two-stage start-up control is applied to a conventional hot water storage type heat pump water heater, the hot water storage type operates only once a day at night, so the effect of shortening the heating rise time is small, but the compression is not significant. This improves the compression performance of the machine and has the effect of improving reliability such as prevention of incomplete compression.

なお、第一の実施例において考えられる様々なバリエーションは第二の実施例においても有効である。   Various variations conceivable in the first embodiment are also effective in the second embodiment.

以上説明した二段階始動制御はヒートポンプ給湯機に適用しているが、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。例えば、エアコンやスーパーマーケット、コンビニエンスストア等に設置されるショーケース等である。ヒートポンプ給湯機は水を温めるものであったが、エアコンやショーケース等に適用する場合には、空気を冷やしたり温めたりすることになるので、水冷媒熱交換器3を空気冷媒熱交換器に変更するなど、装置構成を適宜変更しなければならない箇所が出てくる。なお、エアコンに適用すれば、従来に比して直ぐに部屋等が涼しく、または暖かくなるという効果があり、ショーケースに適用すれば、直ぐに冷却効果を得られるという効果がある。サーモスタットを用いたようなON/OFFのフィードバック制御であれば、ONの都度(二段階始動制御の都度)直ぐに冷却効果が得られるので、電力量を低減し得る。   The two-stage start control described above is applied to the heat pump water heater, but can also be applied to other refrigeration cycle apparatuses. For example, a showcase installed in an air conditioner, a supermarket, a convenience store, or the like. The heat pump water heater warms the water, but when applied to an air conditioner, a showcase, etc., it cools or warms the air, so the water refrigerant heat exchanger 3 becomes an air refrigerant heat exchanger. There are places where the device configuration must be changed as appropriate. When applied to an air conditioner, there is an effect that a room or the like becomes cooler or warmer than before, and when applied to a showcase, there is an effect that a cooling effect can be obtained immediately. With ON / OFF feedback control using a thermostat, a cooling effect can be obtained immediately each time it is turned on (every time two-stage start control is performed), so that the amount of power can be reduced.

第一の実施例を示し、貯湯タンク付瞬間式ヒートポンプ給湯機の場合の部品構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a 1st Example and shows components structure in the case of the instantaneous heat pump water heater with a hot water storage tank. 圧縮機内部の冷媒圧力の概略を示す図Diagram showing the refrigerant pressure inside the compressor 圧縮機の圧縮室及び背圧室等の構成を説明するための図The figure for demonstrating the structure of the compression chamber of a compressor, a back pressure chamber, etc. 本発明を適用しない場合の動作説明図Operation explanatory diagram when the present invention is not applied 本発明の第一の実施例を示す動作説明図Operation explanatory diagram showing the first embodiment of the present invention 湯水使用時の運転経過の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the driving | running | working progress at the time of hot water use. 第二の実施例を示し、貯湯タンクなし瞬間式ヒートポンプ給湯機の部品構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a 2nd Example and shows the components structure of the instantaneous heat pump water heater without a hot water storage tank. 横置スクロール圧縮機の縦断面図(複数の断面からみた図)Longitudinal sectional view of horizontal scroll compressor (view from multiple sections) 固定スクロールをスクロールラップ側からみた図8のA−A矢視断面図AA arrow sectional view of FIG. 8 as seen from the scroll wrap side of the fixed scroll 差圧制御弁拡大図Differential pressure control valve enlarged view 旋回スクロール101,固定スクロール102と圧力Pd,Ps,Pbの大きさを示す図The figure which shows the magnitude | size of the turning scroll 101, the fixed scroll 102, and pressure Pd, Ps, Pb 図8のA−A矢視断面図AA arrow sectional view of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1a、1b…圧縮機
2…冷媒開閉弁A
3…水冷媒熱交換器
3a、3b…冷媒側伝熱管
3c、3d…給水側伝熱管
4…冷媒開閉弁B
5…風呂用熱交換器
5a…風呂用冷媒管
5b…風呂用水配管
6a、6b…冷媒調整弁
7a、7b…蒸発器
8a、8b…圧力センサ
9…給水金具
10…減圧弁
11…給水水量センサ
11a…給水サーミスタ
12…水逆止弁
13…湯水混合弁
13a…給湯サーミスタ
14…流量調整弁
15…台所出湯金具
16…台所蛇口
17…風呂注湯弁
18…フロースイッチ
19…風呂循環ポンプ
20…水位センサ
21…入出湯金具
22…風呂循環アダプター
23…浴槽
24…風呂出湯金具
25…風呂蛇口
30…ヒートポンプ冷媒回路
40…給湯回路
50…運転制御手段
51…台所リモコン
52…風呂リモコン
101…旋回スクロール
101a…鏡板
101b…スクロールラップ
101c…旋回軸受
101d…軸受保持部
101e…旋回オルダム溝
102…固定スクロール
102a…非旋回基準面
102b…周囲溝
102c…バイパイ弁
102d…吐出穴
102e…吸込掘込
102f…吸込堀込
102g…流通溝
102h…弁穴
102i…弁シール面
102k…吸込側導通路
102l…弁キャップ挿入部
102m…R溝
103…圧縮室
104…バイパス弁板
104a…リテーナ
105…バイパスねじ
106…吸込パイプ
107…吸込側逆止弁
107a…弁体
107b…逆止弁ばね
108…差圧制御弁
108a…弁体
108b…差圧弁ばね
108c…ばね位置決突起
108d…弁キャップ
109…フレーム
109a…固定取付面
109b…旋回はさみこみ面
109c…フレームオルダム溝
109d…軸シール
109e…主軸受
109f…シャフトスラスト面
109h…流通溝
110…オルダムリング
110a…フレーム突起部
110b…旋回突起部
111…シャフト
111a…シャフト給油孔
111b…主軸受給油孔
111c…軸シール給油孔
111d…副軸受給油孔
111e…偏心部
112…モータ
112a…ロータ
112b…ステータ
113…副軸受
114…副軸受支持板
114a…通気孔
114b…導油孔
115…副軸ハウジング
116…吸込口
117…固定背面室
118…モータ室
119…潤滑油
120…吐出パイプ
121…貯油室
122…密閉容器
123…中間圧室
124…給油パイプ
125…油分離板
1a, 1b ... compressor 2 ... refrigerant on-off valve A
3 ... Water refrigerant heat exchangers 3a, 3b ... Refrigerant side heat transfer tubes 3c, 3d ... Water supply side heat transfer tubes 4 ... Refrigerant on-off valve B
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Bath heat exchanger 5a ... Bath refrigerant pipe 5b ... Bath water piping 6a, 6b ... Refrigerant adjustment valve 7a, 7b ... Evaporator 8a, 8b ... Pressure sensor 9 ... Water supply metal fitting 10 ... Pressure reducing valve 11 ... Supply water amount sensor 11a ... Water supply thermistor 12 ... Water check valve 13 ... Hot water mixing valve 13a ... Hot water supply thermistor
14 ... Flow control valve 15 ... Kitchen tap 16 ... Kitchen faucet
17 ... Bath pouring valve 18 ... Flow switch 19 ... Bath circulation pump 20 ... Water level sensor 21 ... Hot water fitting 22 ... Bath circulation adapter 23 ... Bath 24 ... Bath hot water fitting 25 ... Bath faucet 30 ... Heat pump refrigerant circuit 40 ... Hot water supply circuit 50 ... Operation control means 51 ... Kitchen remote control 52 ... Bath remote control 101 ... Orbiting scroll 101a ... End plate 101b ... Scroll wrap 101c ... Orbiting bearing 101d ... Bearing holding part 101e ... Orbiting Oldham groove 102 ... Fixed scroll 102a ... Non-orbiting reference plane 102b ... Circumferential groove 102c ... Bai pie valve 102d ... Discharge hole 102e ... Suction dig 102f ... Suction dig 102g ... Flow groove 102h ... Valve hole 102i ... Valve seal surface 102k ... Suction side conduction path 102l ... Valve cap insertion part 102m ... R groove 103 ... Compression chamber 104 ... Bypass valve plate 104a ... Retainer 105 ... Bypass screw 106 ... Suction pipe 107 ... Suction side check valve 107a ... Valve body 107b ... Check valve spring 108 ... Differential pressure control valve 108a ... Valve body 108b ... Differential pressure valve spring 108c ... Spring positioning protrusion 108d ... Valve cap 109 ... Frame 109a ... Fixed mounting surface 109b ... Swivel pinching surface 109c ... Frame Oldham groove 109d ... Shaft seal 109e ... Main bearing 109f ... Shaft thrust surface 109h ... Flow groove 110 ... Oldham ring 110a ... Frame protrusion 110b ... Rotation protrusion 111 ... shaft 111a ... shaft oil supply hole 111b ... main bearing oil supply hole 111c ... shaft seal oil supply hole 111d ... sub bearing oil supply hole 111e ... eccentric part 112 ... motor 112a ... rotor 112b ... stator 113 ... sub bearing 114 ... sub bearing support plate 114a ... Vent hole 114b ... oil guide hole 115 Countershaft housing 116 ... inlet 117 ... fixed rear chamber 118 ... motor chamber 119 ... lubricant 120 ... discharge pipe 121 ... oil storage chamber 122 ... closed container 123 ... intermediate pressure chamber 124 ... oil supply pipe 125 ... oil separation plate

Claims (14)

圧縮機と、給水された水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、冷媒調整弁と、大気と冷媒との熱交換を行う蒸発器とを、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、
前記圧縮機を制御する運転制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機であって、
前記運転制御手段は、運転開始時には圧縮機を所定の短時間運転して冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を行い、一旦停止後、所定時間内に圧縮機を再度運転して冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を再開するヒートポンプ給湯機。
A compressor, a water-refrigerant heat exchanger that performs heat exchange between the supplied water and the refrigerant, a refrigerant adjustment valve, and an evaporator that performs heat exchange between the air and the refrigerant are sequentially connected via a refrigerant pipe. A heat pump refrigerant circuit;
A heat pump water heater provided with operation control means for controlling the compressor,
The operation control means operates to operate the compressor for a predetermined short time at the start of operation to perform an operation of sucking refrigerant from the evaporator side and discharging it to the water / refrigerant heat exchanger side, and temporarily stops the compressor within a predetermined time. The heat pump water heater that restarts the operation of sucking the refrigerant from the evaporator side and discharging the refrigerant to the water refrigerant heat exchanger side .
前記圧縮機は、固定スクロール、旋回スクロール、逆止弁、フレームを有し、
少なくとも、前記旋回スクロール及び前記フレームで形成される背圧室内の圧力である第一圧力と、前記固定スクロール、前記旋回スクロール及び前記逆止弁で形成される吸込室内の圧力である第二圧力との差圧で、前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押圧させることにより圧縮室を形成するスクロール形圧縮機である請求項1記載のヒートポンプ給湯機。
The compressor has a fixed scroll, a turning scroll, a check valve, and a frame,
At least a first pressure that is a pressure in the back pressure chamber formed by the orbiting scroll and the frame, and a second pressure that is a pressure in the suction chamber formed by the fixed scroll, the orbiting scroll, and the check valve; The heat pump water heater according to claim 1, which is a scroll type compressor that forms a compression chamber by pressing the orbiting scroll against the fixed scroll with a differential pressure of 2.
前記圧縮機の短時間の運転開始時から、前記所定時間内に圧縮機の運転が行われるまでの時間が1分以内である請求項1記載のヒートポンプ給湯機。   2. The heat pump water heater according to claim 1, wherein the time from when the compressor starts operating for a short time to when the compressor is operated within the predetermined time is within one minute. 前記運転制御手段は、前記圧縮機の回転数を制御するものであって、
運転開始時には圧縮機を短時間中速で運転し、一旦停止後、所定時間内に圧縮機の中速運転を行い、その後更に高速運転を行って、
前記水冷媒熱交換器で加熱した水を、使用端末へ直接出湯する請求項1記載のヒートポンプ給湯機。
The operation control means controls the rotational speed of the compressor,
At the start of operation, the compressor is operated at a medium speed for a short time, and after stopping, the compressor is operated at a medium speed within a predetermined time, and then at a higher speed,
The heat pump water heater according to claim 1, wherein water heated by the water refrigerant heat exchanger is directly discharged to a use terminal.
少なくとも前記所定時間内に圧縮機の運転が行われるまでの間の前記使用端末への給湯量を補助するための貯湯タンクを有する請求項1記載のヒートポンプ給湯機。   The heat pump water heater according to claim 1, further comprising a hot water storage tank for assisting a hot water supply amount to the use terminal until the compressor is operated at least within the predetermined time. 逆止弁を内蔵したスクロール圧縮機と、給水された水とCO2冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、電動膨張弁と、大気と冷媒との熱交換を行う蒸発器とを、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、
貯湯タンクと、
給湯要求がなされた場合には、前記スクロール圧縮機の運転開始時に冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を40秒以内行い、一旦停止後10秒以上経過しても前記給湯要求が継続されているときには、前記スクロール圧縮機を再度運転して冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を再開するように前記スクロール圧縮機の回転数を制御する運転制御手段と、
前記水冷媒熱交換器で加熱された水を、使用端末へ直接出湯する直接給湯回路と、
少なくとも、前記給湯要求がなされてから前記スクロール圧縮機の運転が再開されるまでの間、前記貯湯タンクからの出湯によっての前記使用端末への給湯を補助するためのタンク給湯回路と、
を有するヒートポンプ給湯機。
A scroll compressor with a built-in check valve, a water refrigerant heat exchanger that exchanges heat between the supplied water and the CO2 refrigerant, an electric expansion valve, and an evaporator that exchanges heat between the atmosphere and the refrigerant, A heat pump refrigerant circuit sequentially connected via a refrigerant pipe;
A hot water storage tank,
When a hot water supply request is made, the operation of sucking the refrigerant from the evaporator side and discharging it to the water / refrigerant heat exchanger side at the start of the operation of the scroll compressor is performed within 40 seconds , and 10 seconds or more have elapsed after the stop. However, when the hot water supply request is continued, the scroll compressor is rotated so as to resume the operation of operating the scroll compressor again to suck the refrigerant from the evaporator side and discharge the refrigerant to the water refrigerant heat exchanger side. Operation control means for controlling the number;
A direct hot water supply circuit for directly discharging the water heated by the water refrigerant heat exchanger to a use terminal;
A tank hot water supply circuit for assisting hot water supply to the use terminal by hot water from the hot water storage tank at least until the operation of the scroll compressor is restarted after the hot water supply request is made;
Having a heat pump water heater.
前記運転制御手段は、
前記スクロール圧縮機の40秒以内の運転は中速回転数で行い、一旦停止後、運転再開後の運転は中速回転数で行い、その後、中速回転数から高速回転数へと回転数を上げるよう前記スクロール圧縮機の回転数を制御する請求項6記載のヒートポンプ給湯機。
The operation control means includes
The operation of the scroll compressor within 40 seconds is performed at a medium speed, and after stopping once, the operation after resuming operation is performed at a medium speed, and then the speed is changed from a medium speed to a high speed. The heat pump water heater of Claim 6 which controls the rotation speed of the said scroll compressor so that it may raise.
給湯要求がある間、圧縮機を制御することでCO2冷媒を循環させ、熱交換器で水を加熱し給湯するヒートポンプ給湯機の運転方法において、
前記圧縮機が30分以上停止している状態から給湯要求があった場合、
前記給湯要求に応じて前記圧縮機の運転を開始して冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を行い、所定時間が経過した後運転を停止し、
前記圧縮機の運転を停止してから所定時間が経過した後においても前記給湯要求が継続されているときには、当該給湯要求に応じて前記圧縮機を再度運転して冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を再開し、
前記熱交換器で加熱した水を直接出湯するヒートポンプ給湯機の運転方法。
In the operation method of the heat pump water heater in which CO2 refrigerant is circulated by controlling the compressor while there is a hot water supply request, and water is heated by the heat exchanger to supply hot water.
When there is a hot water supply request from a state where the compressor is stopped for 30 minutes or more,
The operation of the compressor is started in response to the hot water supply request, the refrigerant is sucked in from the evaporator side and discharged to the water refrigerant heat exchanger side, and the operation is stopped after a predetermined time,
When the hot water supply request is continued even after a predetermined time has elapsed since the operation of the compressor was stopped, the compressor is operated again in accordance with the hot water supply request, and the refrigerant is sucked from the evaporator side. Restart the discharge to the water refrigerant heat exchanger side ,
A method of operating a heat pump water heater that directly discharges water heated by the heat exchanger.
前記ヒートポンプ給湯機は、湯を貯湯する貯湯タンクを備え、
少なくとも前記給湯要求があった時から前記圧縮機運転の再開するまでの間は、前記貯湯タンクから出湯することで、給湯を補助することを特徴とする請求項8記載のヒートポンプ給湯機の運転方法。
The heat pump water heater includes a hot water storage tank for storing hot water,
9. The operation method of a heat pump water heater according to claim 8, wherein hot water supply is assisted by discharging hot water from the hot water storage tank at least from the time when the hot water supply is requested until the compressor operation is restarted. .
前記圧縮機の運転開始から停止までの時間が40秒以内であり、
前記圧縮機の運転停止から再開までの時間が20秒以内であることを特徴とする請求項8記載のヒートポンプ給湯機の運転方法。
The time from the start of operation to the stop of the compressor is within 40 seconds,
The operation method of the heat pump water heater according to claim 8, wherein the time from the stoppage of operation of the compressor to the resumption thereof is within 20 seconds.
前記給湯要求から前記圧縮機の運転開始までが5秒以上であることを特徴とする請求項8記載のヒートポンプ給湯機の運転方法。   The operation method of the heat pump water heater according to claim 8, wherein the time from the hot water supply request to the start of operation of the compressor is 5 seconds or more. スクロール圧縮機と、熱交換器と、冷媒調整弁と、蒸発器とを、配管を介して順次接続した冷凍サイクル回路と、
前記圧縮機を制御する運転制御手段とを備えた冷凍サイクル装置であって、
前記運転制御手段は、運転開始時には圧縮機を所定の短時間運転して冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を行い、一旦停止後、所定時間内に前記圧縮機を再度運転して冷媒を蒸発器側から吸い込み且つ水冷媒熱交換器側へ吐出する動作を再開する冷凍サイクル装置。
A refrigeration cycle circuit in which a scroll compressor, a heat exchanger, a refrigerant adjustment valve, and an evaporator are sequentially connected via a pipe;
A refrigeration cycle apparatus comprising operation control means for controlling the compressor,
Said operation control means performs an operation for discharging the refrigerant and briefly driving compressors in predetermined at the time of starting the operation to the evaporator side from the suction and the water-refrigerant heat exchanger side, once after stopping, within a predetermined time A refrigeration cycle apparatus that restarts the operation of operating the compressor again to suck the refrigerant from the evaporator side and discharge the refrigerant to the water refrigerant heat exchanger side .
前記圧縮機は、固定スクロール、旋回スクロール、逆止弁、フレームを有し、
少なくとも、前記旋回スクロール及び前記フレームで形成される背圧室内の圧力である第一圧力と、前記固定スクロール、前記旋回スクロール及び前記逆止弁で形成される吸込室内の圧力である第二圧力との差圧で、前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押圧させることにより圧縮室を形成するスクロール形圧縮機である請求項12記載の冷凍サイクル装置。
The compressor has a fixed scroll, a turning scroll, a check valve, and a frame,
At least a first pressure that is a pressure in the back pressure chamber formed by the orbiting scroll and the frame, and a second pressure that is a pressure in the suction chamber formed by the fixed scroll, the orbiting scroll, and the check valve; The refrigeration cycle apparatus according to claim 12, which is a scroll type compressor that forms a compression chamber by pressing the orbiting scroll against the fixed scroll with a differential pressure of 15 μm.
前記圧縮機の短時間の運転開始時から、前記所定時間内に圧縮機の運転が行われるまでの時間が1分以内である請求項12記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to claim 12, wherein the time from when the compressor starts operating for a short time to when the compressor is operated within the predetermined time is within one minute.
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