JP4920316B2

JP4920316B2 - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP4920316B2
Application number: JP2006167801A
Authority: JP
Inventors: 元泰佐藤; 貴幸阿部; 俊昭高橋
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007333341A

Description

本発明はヒートポンプ給湯機の除霜運転に関するものである。

従来よりこの種のヒートポンプ給湯機は、圧縮機と冷媒−水熱交換器と減圧手段と空気熱交換器とを有したヒートポンプサイクルを備え、冷媒の循環方向を逆転させる四方弁を用いずに除霜運転を行っており、空気熱交換器への着霜を検知すると、沸き上げ運転を停止し、減圧手段での減圧をできるだけ行わないようにして、圧縮機からのホットガスを空気熱交換器へ導入することで空気熱交換器に付着した霜を溶かす除霜運転を行うようにしたものであった。（特許文献１参照）
特許３２９７６５７号公報

しかし、この従来のヒートポンプ給湯機では、低外気温や降雪時には空気熱交換器への着霜が早く多くの霜が空気熱交換器に付着してしまい、除霜運転を行っても空気熱交換器に付着した霜を溶かしきれないことがあった。

そこで、本発明は上記課題を解決すべく、請求項１では、圧縮機と冷媒−水熱交換器と減圧手段と空気熱交換器とを有したヒートポンプサイクルを備え、湯水を所望の沸き上げ設定温度に沸き上げる沸き上げ運転を行うようにしたヒートポンプ給湯機において、通常あるいは除霜運転終了後の沸き上げ運転の開始から所定の除霜禁止時間内に前記空気熱交換器の着霜を検知した場合、前記所定の除霜禁止時間が経過後にヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる除霜準備運転を行い、その後に前記圧縮機から吐出された冷媒を減圧せずに前記空気熱交換器に流す除霜運転を行うようにし、通常あるいは除霜運転終了後の沸き上げ運転の開始から所定の除霜禁止時間経過後に前記空気熱交換器の着霜を検知した場合、前記除霜準備運転を行わずに、除霜運転を行うようにした。

また、請求項２では、前記請求項１のヒートポンプ給湯機において、前記除霜準備運転を、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を上昇させて前記ヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる運転とした。

また、請求項３では、前記請求項１のヒートポンプ給湯機において、前記除霜準備運転を、前記圧縮機から吐出する冷媒の圧力を上昇させて前記ヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる運転とした。

また、請求項４では、前記請求項１のヒートポンプ給湯機において、前記除霜準備運転を、前記冷媒−水熱交換器で加熱する湯水の沸き上げ設定温度を上昇させて前記ヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる運転とした。

本発明によれば、除霜禁止時間が経過する前に着霜を検知するような場合は、空気熱交換器への着霜量が増加し、通常の除霜運転では除霜しきれないことが多いが、このような状況下にあることを確実に判別し、通常の除霜運転でよい時は、通常の除霜運転を行い、通常の除霜運転では除霜しきれいない時は、除霜準備運転を行って除霜能力を高めた状態で除霜運転を行うことができるため、必要な時に除霜能力を高めることができて、低外気温時や降雪時においても、ヒートポンプ給湯機の空気熱交換器に付着した霜を速やかに除霜することができ、除霜に伴うヒートポンプサイクルの成績係数の低下を最小限に抑えることができるものである。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。１は冷媒を圧縮して高圧にする圧縮機、２は冷媒と水との間で熱交換させる冷媒−水熱交換器、３は開度調整可能な電子膨張弁よりなる温度低下した冷媒を減圧する減圧手段、４は低温低圧の冷媒と空気とを熱交換させて蒸発させる空気熱交換器、５は空気熱交換器４に空気を強制的に送る送風機であり、これらによってヒートポンプサイクル６を構成している。

７は圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、８は冷媒−水熱交換器２で熱交換した冷媒の温度を検出する凝縮温度センサ、９は空気熱交換器４に流入する冷媒の温度を検出する蒸発温度センサ、１０は空気熱交換器４から出て圧縮機１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサである。

１１は湯水を貯湯する貯湯タンク、１２は貯湯タンク１１と冷媒−水熱交換器２を循環可能に接続する沸き上げ循環回路、１３は沸き上げ循環回路１２に設けた循環ポンプ、１４は貯湯タンク１１に給水する給水管、１５は貯湯タンク１１から出湯する出湯管、１６は冷媒−水熱交換器２に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、１７は冷媒−水熱交換器２で加熱された湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサである。

１８は前記した各種センサの検出値が入力され、各種アクチュエータを予め決められた条件に従い制御する制御手段である。

そして、沸き上げ運転を行う際には、制御手段１８は、ヒートポンプサイクル６の圧縮機１、減圧手段３および送風機５を適当な条件で作動させると共に、循環ポンプ１３を作動させて貯湯タンク１１の下部からの湯水を所望の沸き上げ設定温度に沸き上げ、貯湯タンク１１の上部へ戻すものである。

この沸き上げ運転では、吐出温度センサ７が検出する冷媒の吐出温度が沸き上げ設定温度に基づいて定まる目標吐出温度になるようにヒートポンプサイクル６の各アクチュエータである圧縮機１、減圧手段３および送風機５が適当に制御され、沸き上げ温度センサ１７の検出する湯水の沸き上げ温度が沸き上げ設定温度になるように循環ポンプ１３が適当に制御されるものである。

この沸き上げ運転の途中で、ヒートポンプサイクル６の吸入温度センサ１０が所定の低温以下になると、空気熱交換器４の着霜を検知した場合、制御手段１８はヒートポンプサイクル６に保有する熱量を増加させる除霜準備運転を行わせる。

ここで、この除霜準備運転では、ヒートポンプサイクル６の吐出温度センサ７で検出する目標吐出温度をそれまでの目標吐出温度よりも高い温度になるようにヒートポンプサイクル６を制御することによってヒートポンプサイクル６に保有する熱量を増加させるようにしている。好ましくは、着霜してしまっている空気熱交換器４の熱交換量を増加させないために送風機５の回転数をそれまでの沸き上げ運転から変更せず、圧縮機１の回転数を増加させてそれまでより高い目標吐出温度に制御することで、効果的にヒートポンプサイクル６に保有する熱量を増加させることができる。

このとき、沸き上げ設定温度は冷媒の目標吐出温度の上昇と共に一緒にそれまでよりも高い温度に昇温させて、新たな沸き上げ設定温度になるように循環ポンプ１３を制御しても良いし、沸き上げ設定温度を変更せずにそれまでと同一の温度になるように循環ポンプ１３を制御しても良い。

このように除霜準備運転を行うことによって、冷媒の吐出温度を上昇させ、冷媒そのものが保有する熱量を増加させると共に、副次的にヒートポンプサイクル６の高圧側の構成要素である圧縮機１、冷媒−水熱交換器２およびそれらを接続する冷媒配管等の保有する熱量も増加させることができる。

そして、この除霜準備運転によって、ヒートポンプサイクル６が保有する熱量を増加させた後に、減圧手段３を全開として圧縮機１から吐出された冷媒をできるだけ減圧せずに空気熱交換器４に流す除霜運転を行う。このとき、ヒートポンプサイクル６が保有する熱量がそれ以前よりも増加されているため、空気熱交換器４の霜を溶かすために使用できる熱量が多くなり、除霜が必要な時にその除霜能力を高めることができ、低外気温時や降雪時においても速やかに除霜を行うことができる。また、除霜が不要な時は、従来通り沸き上げに適した条件で沸き上げ運転を行うため、ヒートポンプサイクル６の成績係数の低下を抑えることができるものである。

なお、前記除霜準備運転は、既に説明した一実施形態の方法に限定されるものではなく、例えば、ヒートポンプサイクル６が冷媒の目標吐出圧力に制御するものにおいては、冷媒の目標吐出圧力をそれまでより上昇させることによって、結果的にヒートポンプサイクル６に保有する熱量を増加させる構成としても良いものである。また、冷媒−水熱交換器２で加熱する湯水の沸き上げ設定温度をそれまでの沸き上げ運転から上昇させることによって、結果的にヒートポンプサイクル６の高圧側の熱量が増加して、ヒートポンプサイクル６に保有する熱量を増加させる構成としても良いものでものである。要は、ヒートポンプサイクル６の制御の方法にかかわらず、ヒートポンプサイクル６の高圧側の冷媒温度が除霜準備運転によって結果的にそれまでよりも高くなるように制御を行うものであれば、その制御の方法は問わないものである。

次に、図２のフローチャートに基づいて、除霜準備運転を行う場合を限定してヒートポンプサイクル６の成績係数の低下を最小限とした一実施形態について説明する。先の一実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

まず、制御手段１８はステップ１で沸き上げ運転を開始させると同時に、沸き上げ運転の開始あるいは除霜復帰からの所定時間は除霜運転を行うことを禁止するための除霜禁止タイマをリセットする（ステップ２）。ここで、除霜禁止タイマは制御手段１８の一機能として設けられているものである。

次に、ステップ３およびステップ４で空気熱交換器４の着霜の有無と沸き上げの完了を監視し続ける。前記ステップ３で着霜が検知されると、除霜禁止タイマのカウントが予め設定された除霜禁止時間Ｔを経過しているかどうかを確認する（ステップ５）。

除霜禁止タイマのカウントが除霜禁止時間Ｔを経過している場合は、すぐに沸き上げ運転を停止して除霜運転を行う（ステップ６）。ここで、この除霜運転を開始してから空気熱交換器４の温度（吸入温度センサ１０が検出する温度）が所定の温度以上になるかあるいは除霜運転を開始してから最大除霜時間以上が経過すると、除霜が終了したとみなされて除霜運転が終了されるものである。そして、このステップ６での除霜運転が終了すると、再び前記ステップ１へ戻り沸き上げ運転を再開し、ステップ４で沸き上げ完了を検知するまで沸き上げ運転を継続する。

そして、前記ステップ５において除霜禁止タイマのカウントが除霜禁止時間Ｔを経過する前に空気熱交換器４の着霜を検知すると、ステップ７でこの除霜禁止時間Ｔの経過を待ってからステップ８で除霜準備運転を行い、ヒートポンプサイクル６にそれ以前よりも多くの熱量を保有させるようにして空気熱交換器４の除霜能力を高めている。この除霜準備運転を行った後に、ステップ６に進んで除霜運転を行うようにしている。

このように、除霜禁止時間Ｔが経過する前に着霜を検知するような場合は、空気熱交換器４への着霜量が増加し、通常の除霜運転では除霜しきれないことが多いが、このような状況下にあることを確実に判別し、除霜が不要な時は、従来通り沸き上げに適した条件で沸き上げ運転を行い、通常の除霜運転でよい時は、通常の除霜運転を行い、通常の除霜運転では除霜しきれいない時は、除霜準備運転を行って除霜能力を高めた状態で除霜運転を行うことができるため、除霜に伴うヒートポンプサイクル６の成績係数の低下を最小限に抑えることができるものである。

本発明は上記した実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で変更することを妨げないものである。例えば、本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯機に限定されるものではなく、瞬間式のヒートポンプ給湯機でも利用可能である。また、ヒートポンプサイクル６として各要素を直列環状に接続したサイクルとしているが、これに限らず減圧手段３としてエジェクターを用いた公知のエジェクターサイクルとしても良いものである。さらに、除霜時のホットガスを減圧手段３を介して空気熱交換器４に供給する構成としているが、これに限らず圧縮機１と空気熱交換器４の間に除霜用のホットガスバイパス管を設けた公知の構成としても良いものである。また、空気熱交換器４の着霜の検知の方法は、吸入温度センサ１０によるものに限定されず、他の公知の着霜検知方法によっても良いものである。

本発明の一実施形態のシステム図。他の一実施形態の作動を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１圧縮機
２冷媒−水熱交換器
３減圧手段
４空気熱交換器
６ヒートポンプサイクル

Claims

圧縮機と冷媒−水熱交換器と減圧手段と空気熱交換器とを有したヒートポンプサイクルを備え、湯水を所望の温度に沸き上げる沸き上げ運転を行うようにしたヒートポンプ給湯機において、通常あるいは除霜運転終了後の沸き上げ運転の開始から所定の除霜禁止時間内に前記空気熱交換器の着霜を検知した場合、前記所定の除霜禁止時間が経過後にヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる除霜準備運転を行い、その後に前記圧縮機から吐出された冷媒を減圧せずに前記空気熱交換器に流す除霜運転を行うようにし、通常あるいは除霜運転終了後の沸き上げ運転の開始から所定の除霜禁止時間経過後に前記空気熱交換器の着霜を検知した場合、前記除霜準備運転を行わずに、除霜運転を行うようにしたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記除霜準備運転を、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を上昇させて前記ヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる運転としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
前記除霜準備運転を、前記圧縮機から吐出する冷媒の圧力を上昇させて前記ヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる運転としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
前記除霜準備運転を、前記冷媒−水熱交換器で加熱する湯水の沸き上げ設定温度を上昇させて前記ヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させる運転としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。