JP4974714B2 - 給湯器 - Google Patents
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Description
マイナス能力を回避するためにデフロスト運転時に水のポンプを停止し給湯器に水が流入しないように制御する方法も考えられるが、水の流入を停止した場合、水と冷媒が熱交換をする熱交換器内で水温がマイナス温度に低下して凍結を発生し、氷となる際の体積膨張によって熱交換器や水配管を破裂させる可能性があるため、一般的には水を停止することはない。
本発明の第2の目的は、デフロスト運転時の圧縮機吸入側の冷媒状態を制御して、循環量を適正に確保し、短時間でデフロスト運転を終了することができる給湯器を得ることにある。
本発明の第3の目的は、デフロスト運転時の圧縮機吸入側の冷媒を制御することにより、圧縮機に対して過熱冷媒の流入を防止し、圧縮機の異常過熱を防止して信頼性を向上させた給湯器を得ることにある。
本発明の第4の目的は、デフロスト運転時の圧縮機吸入側の冷媒を制御することにより、圧縮機に対して液バックを防止し、圧縮機にダメージを与えることを防止して信頼性を向上させた給湯器を得ることにある。
また、デフロスト運転時で水熱交換器を通過する冷媒の一部を前記バイパス路内にバイパスさせた場合に、前記第1の膨張弁の開度を変更することにより、前記バイパス路内の冷媒のバイパス量を調整するようにしたので、圧縮機吸入側の冷媒状態を制御することが可能となり、循環量を適正に確保し短時間でデフロストを終了することができるという効果がある。
また、圧縮機に吸入される冷媒状態を適正に制御することにより、過熱冷媒の流入の防止による圧縮機の異常過熱防止及び液バックによる圧縮機にダメージを与えることを防止し、圧縮機の信頼性を向上することができるという効果もある。
図1は本発明の実施の形態1に係る給湯器の冷媒回路図である。
図1に示すように、本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ式の給湯器は、圧縮機1、デフロスト運転時に冷媒回路を切り換えるための四方弁2、水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3、冷媒の流量を調整し減圧する電子膨張弁4、空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器5を順次配管7で接続して構成されている。
バイパス路8として、配管の一方をデフロスト運転時に電子膨張弁4の上流側となる配管7に接続し、配管のもう一方を圧縮機1の吸入側の配管に接続する回路を設ける。
バイパス路8内には、開閉を制御される電磁弁9が設置されており、電磁弁9を開とすればバイパス路8内に冷媒を流すことができ、閉とすれば冷媒の流れを停止することができる。冷媒は圧力の高い電子膨張弁4の上流側となる配管を入口とし、圧力の低い圧縮機1の吸入側の配管を出口として流れることとなる。
圧縮機1内で高圧高温のガスとなった冷媒は、圧縮機1の吐出口から吐出され四方弁2に送られる。四方弁2は冷媒の回路を切り換える弁であり、給湯器として動作する場合は圧縮機1から吐出された冷媒を、水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3に送るように固定される。
水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3に送り込まれた冷媒は、水熱交換器3内で水と熱交換をすることになる。高圧高温のガス冷媒は水に熱を与えることにより、凝縮し高圧常温の液冷媒へと変化する。逆に、水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3流入する水は冷媒より熱を受け取るため、温度が上昇して排出される。水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3は冷凍サイクルの凝縮器として作用する。
サブクールが小さい場合は電子膨張弁4の開度を閉じることにより水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3で凝縮する冷媒の液冷媒を増加させ、サブクールを大きくすることができる。逆に、サブクールが大きい場合は電子膨張弁4の開度を開けることにより水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3で凝縮する冷媒の液冷媒を減少させ、サブクールを小さくすることができる。
空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器5に流れ込んだ冷媒は低温であるため、空気から熱を受け取り、蒸発し低圧低温のガス冷媒となる。逆に、空気は冷却されて低い温度となり吹き出すこととなる。空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器5は冷凍サイクルの蒸発器として作用する。
冷凍サイクルを給湯器として運転する場合は、以上の循環を繰返し、空気より得た熱を水に伝達するヒートポンプ作用により温水を作る給湯器となる。
通風性能が低下するため十分な蒸発熱を得ることができない冷媒の蒸発圧力は低下し、圧縮機1へ吸入される冷媒の密度が低下し、冷媒の循環量の低下が発生する。その循環量の低下に伴い機器としての性能も低下する。
従って、性能を確保するためには、空気熱交換器5の表面に付着した霜を除去する動きが必要となる。一般的に霜を除去する運転をデフロスト運転と言う。
図1にはデフロスト運転時の冷凍サイクルの冷媒の流れを破線で示している。
圧縮機1より吐出する高圧高温のガス冷媒は四方弁2に流れ込む。四方弁2はデフロスト運転時には、圧縮機1から吐出された冷媒を、空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器5に送るように固定される。
その空気熱交換器5に送り込まれた高圧高温のガス冷媒は、空気熱交換器5に付着した霜に熱を与え凝縮する。空気熱交換器5に付着した霜は熱で融解し、液体となり空気熱交換器5から流れ落ちる。このように空気熱交換器5は空気と冷媒が熱交換をする凝縮器として作用する。
その水熱交換器3から出た低圧低温のガス冷媒は再度、回路を切り換える四方弁2に流れ込み、四方弁2により圧縮機1の吸入口に送り込まれる。圧縮機1の吸入口に送り込まれた低圧低温のガス冷媒は圧縮機1内で圧縮され、高圧高温のガス冷媒となり吐出口より吐出される。デフロスト運転時は以上のサイクルを繰返し、空気熱交換器5に付着した霜を熱で融解し液化して空気熱交換器5から取り除く。
デフロスト運転時に電子膨張弁4の上流側となる配管から圧縮機1の吸入口へとバイパスするように設置されたバイパス路8内の電磁弁9を閉としたデフロスト運転時は、デフロスト運転時に蒸発器として作用する水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3にすべての低圧低温の液冷媒が流れ込むため、水と冷媒の熱交換量は大きくなり、デフロスト運転時のマイナス能力は大きくなる。かつ、冷媒は水の熱量により加熱され低圧低温のガス冷媒となるが、過度の熱交換が行われた場合は過熱ガス状態となって圧縮機1に吸入されるため、デフロスト運転時の圧縮機1への吸入冷媒密度が低下し、冷凍サイクルの冷媒循環量が減少する。
バイパス路8内に流れる冷媒の量は、バイパス路8の入口側より下流となる電子膨張弁4の開度を調整することにより制御することができる。電子膨張弁4の開度を閉じると水熱交換器3に流れる冷媒の量が減少し、バイパス路8に流れる冷媒が増加する。逆に、電子膨張弁4の開度を開けると水熱交換器3に流れる冷媒の量が増加し、バイパス路8に流れる冷媒が減少する。
従って、蒸発器として作用する水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3に流れ込む低圧低温の液冷媒を減少させることが可能となるため、水と冷媒の熱交換量を小さくすることができ、デフロスト運転時のマイナス能力は小さくなる。かつ、過度の熱交換が行われた場合の過熱ガス状態となった冷媒は、バイパス路を通過した常温の液冷媒と混合されて圧縮機1に吸入されるため、デフロスト運転時の圧縮機1への吸入冷媒密度が上昇し、冷凍サイクルの冷媒循環量が増加する。
従って、電子膨張弁4の開度を圧縮機1の吐出温度により変化させて、水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3に流れる冷媒の量と、バイパス路8内に流れる冷媒の量を制御することにより、圧縮機1への吸入冷媒の状態を制御できる。
電子膨張弁4は圧縮機1の吐出冷媒温度で制御する代わりに、圧縮機1へ吸入される冷媒の吸入スーパーヒート(吸入過熱度)、または、圧縮機1から吐出される冷媒の吐出スーパーヒート(吐出過熱度)のいずれかで制御しても同じ効果が得られる。
図2は本発明の実施の形態2に係る給湯器の冷媒回路図である。
実施の形態1の給湯器では電子膨張弁4のみでバイパス路8に流れる冷媒の量を制御するが、この実施の形態2の給湯器は、図2に示すように、バイパス路8内の電磁弁9と直列にバイパス用の電子膨張弁10を設置するようにしたものである。
バイパス路8内の電磁弁9と直列に電子膨張弁10を設置することにより、より多くの条件でバイパス路8に流れる冷媒の量が制御が可能となる。
デフロスト運転時に、電子膨張弁4のみでバイパス路8に流れる冷媒の量を制御した場合に、電子膨張弁4の最大開度まで開けてもバイパス路8内に流れる冷媒の量を減らせない場合は、電子膨張弁10の開度を閉じることにより、バイパス路8内に流れる冷媒の量を減少させることができる。
なお、バイパス路8内の電磁弁9と直列に設置されるバイパス用の電子膨張弁10は、電磁弁9に対して入口側に設置しても、出口側に設置しても、作用、効果は同じであり、どちらに設置してもかまわない。
図3は本発明の実施の形態3に係る給湯器の冷媒回路図である。
実施の形態1の給湯器では電子膨張弁4のみでバイパス路に流れる冷媒の量を制御するが、この実施の形態3の給湯器は、図3に示すように、バイパス路8内の電磁弁9と直列に毛細管であるキャピラリ11を設置することにより、バイパス路8に流れる冷媒量を抑制し、バイパス路8に流れる冷媒の流量を調整することができ、過度にバイパス路8内に冷媒が流れ込むことを防止することができる。
デフロスト運転時に、電子膨張弁4のみでバイパス路8に流れる冷媒の量を制御した場合に比べて、電子膨張弁4の開度を同じとした場合でも、キャピラリ11によりバイパス路8内に流れる冷媒の量を抑制することができるため、バイパス路8内を流す冷媒が少なくても良い場合に効果的となる。
なお、バイパス路8内の電磁弁9と直列に設置されるキャピラリ11は、電磁弁9に対して入口側に設置しても、出口側に設置しても、作用、効果は同じであり、どちらに設置してもかまわない。
図4は本発明の実施の形態4に係る給湯器の冷媒回路図である。
この実施の形態4の給湯器は、実施の形態1の給湯器の冷媒回路における水と冷媒が熱交換をする水熱交換器3と空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器5との間にレシーバー12を設置すると共にそのレシーバー12と空気熱交換器5との間に追加の電子膨張弁14を設けるようにしたものである。
水熱交換器3と空気熱交換器5の内容積に差があるような場合は、給湯運転時とデフロスト運転時での必要冷媒量に差ができるため、冷凍サイクル中に余剰冷媒が発生する。
そこで、図4に示すように、レシーバー12を水熱交換器3と空気熱交換器5の間に設置することにより、冷凍サイクル中の余剰冷媒を保持することができる。
また、レシーバー12に接続された2本の配管のうち、水熱交換器3に接続される配管に電子膨張弁4を、空熱交換器5に接続される配管に追加の電子膨張弁14を設置するようにしている。
サブクールが小さい場合は、電子膨張弁4の開度を閉じることにより、水熱交換器3で凝縮する冷媒の液冷媒を増加させ、サブクールを大きくすることができる。逆に、サブクールが大きい場合は、電子膨張弁4の開度を開けることにより、水熱交換器3で凝縮する冷媒の液冷媒を減少させ、サブクールを小さくすることができる。
スーパーヒートが小さい場合は追加の電子膨張弁14の開度を閉じることにより、空気熱交換器5で蒸発する冷媒量を減少させ、蒸発による冷媒の乾き度を増加させ、スーパーヒートを大きくすることができる。
制御されるスーパーヒートは圧縮機1に吸入される冷媒の状態を表す吸入スーパーヒートと、圧縮機1から吐出される冷媒の状態を表す吐出スーパーヒートのどちらであっても同じ効果が得られる。また、吐出スーパーヒートの代わりに圧縮機1から吐出されるガス冷媒の温度である吐出温度を制御しても同様の効果が得られる。
レシーバー12を有する冷凍サイクルにおいては、バイパス路8として、配管の一方を電子膨張弁4とレシーバー9を接続する配管に接続し、もう一方を圧縮機1の吸入口の配管に接続する回路を設ける。バイパス路8内には、開閉を制御される電磁弁9が設置されており、電磁弁9を開とすればバイパス路8内に冷媒を流すことができ、閉とすれば冷媒の流れを停止することができる。
冷媒は圧力の高い電子膨張弁4とレシーバー12を接続する配管を入口とし、圧力の低い圧縮機1の吸入口の配管を出口として流れることとなる。
電子膨張弁4の開度を閉じると、水熱交換器3に流れる冷媒の量が減少し、バイパス路8に流れる冷媒が増加する。逆に、電子膨張弁4の開度を開けると水熱交換器3に流れる冷媒の量が増加し、バイパス路に流れる冷媒が減少する。
従って、電子膨張弁4の開度を圧縮機1の吐出温度により変化させて、水と冷媒が熱交換をする熱交換器3に流れる冷媒の量と、バイパス路8内に流れる冷媒の量を制御することにより、圧縮機1への吸入冷媒の状態を制御できる。
また、圧縮機1への吸入冷媒の状態を制御することは、過熱冷媒の流入の防止による圧縮機1の異常過熱防止及び液バックによる圧縮機1にダメージを与えることを防止することとなり、圧縮機1の信頼性を向上することができる。
電子膨張弁4は圧縮機1の吐出冷媒温度で制御する代わりに、圧縮機1へ吸入される冷媒の吸入スーパーヒート又は圧縮機1から吐出される冷媒の吐出スーパーヒートのいずれかで制御しても同じ効果が得られる。
図5は本発明の実施の形態5に係る給湯器の冷媒回路図である。
この実施の形態4の給湯器は、実施の形態1の給湯器の冷媒回路における四方弁2とバイパス路8との接続部分と圧縮機1の吸入口との間にアキュームレーター15を設置するようにしたものである。
水熱交換器3と空気熱交換器5の内容積に差があるような場合は、給湯運転時とデフロスト運転時での必要冷媒量に差ができるため、冷凍サイクル中に余剰冷媒が発生する。
そこで、図5に示すように、アキュームレーター15を四方弁2とバイパス路8との接続部分と圧縮機1の吸入口との間に設置することにより、冷凍サイクル中の余剰冷媒を保持することができる。
アキュームレーター15ではガス冷媒のみ圧縮機1に吸入されるため、圧縮機1への液冷媒の吸入を防止することができ、圧縮機1の信頼性が向上する。
電子膨張弁4の開度を閉じると、水熱交換器3に流れる冷媒の量が減少し、バイパス路8に流れる冷媒が増加する。逆に、電子膨張弁4の開度を開けると、水熱交換器3に流れる冷媒の量が増加し、バイパス路8に流れる冷媒が減少する。
従って、電子膨張弁4の開度を圧縮機1の吐出温度により変化させて、水熱交換器3に流れる冷媒の量と、バイパス路8内に流れる冷媒の量を制御することにより、圧縮機1への吸入冷媒の状態を制御できる。
なお、電子膨張弁4は圧縮機1の吐出冷媒温度で制御する代わりに、圧縮機1へ吸入される冷媒の吸入スーパーヒート、または、圧縮機1から吐出される冷媒の吐出スーパーヒートのいずれかで制御しても同じ効果が得られる。
バイパス路8を利用した圧縮機1への吸入状態の制御とアキュームレーター12の設置による圧縮機1への液バックの防止の両方から、圧縮機1の信頼性は大きく向上する。
図6は本発明の実施の形態6に係る給湯器の冷媒回路図である。
上記実施の形態1〜5では、水を循環する水ポンプは室外機外部に設置されており、水ポンプから送り出された水は水配管内を流れて、室外機の水入口から水と冷媒が熱交換する水熱交換器3に流れ込み、冷媒と熱交換を実施して水出口から水配管に送り出される。
本実施の形態6では、上記の水を循環する水ポンプ16を図6に示すように室外機筐体20の内部に設置し、室外機の制御装置で水ポンプ16の制御可能になる。
従って、デフロスト運転中に水ポンプ16を停止することにより、マイナス能力を低減することが可能となる。しかし、水ポンプ16の停止による凍結の危険が発生する。
デフロスト運転時に、バイパス路8内の電磁弁9を開とすることにより、蒸発器として作用する水熱交換器3に流れる冷媒の一部を圧縮機1の吸入側へバイパスするようにしているため、デフロスト運転時に水を循環するポンプを止めることがなくても、マイナス能力が低減されるため、性能が向上する。また、内蔵する水ポンプ16を停止することがないため、水熱交換器3やその配管が破裂することがない。
Claims (4)
- 圧縮機、デフロスト運転時に冷凍サイクルの向きを切り換える四方弁、水と冷媒が熱交換をする水熱交換器、冷媒の流量を調整し減圧する第1の膨張弁、空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器を配管により、この順に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成して水を加熱する給湯器において、
デフロスト運転時に前記第1の膨張弁の上流側となる配管から前記圧縮機の吸入側へ冷媒をバイパスさせるバイパス路を備え、該バイパス路内に開閉する電磁弁を設け、
前記第1の膨張弁と前記空気熱交換器との間にレシーバーを設置すると共にそのレシーバーと前記空気熱交換器との間に第2の膨張弁を設け、
前記バイパス路がデフロスト運転時に前記レシーバーの下流側となる前記第1の膨張弁と前記レシーバーとの間の配管に接続され、
前記水熱交換器及び前記空気熱交換器は、それぞれ内容積が異なり、
デフロスト運転時に前記電磁弁を開として蒸発器となる前記水熱交換器を通過する冷媒の一部を前記バイパス路内にバイパスさせた場合に、前記圧縮機の冷媒の吐出温度に基づいて前記第1の膨張弁の開度を変更することにより、前記バイパス路内の冷媒のバイパス量及び前記水熱交換器に流れる冷媒量を調整し、前記バイパス路内に流れる冷媒と前記水熱交換器に流れる冷媒とを混合した状態で前記圧縮機に吸入させるようにしたことを特徴とする給湯器。 - 前記バイパス路に前記電磁弁と直列に該バイパス路に流れる冷媒の流量を直接制御するバイパス用膨張弁を設けたことを特徴とする請求項1記載の給湯器。
- 上記バイパス路に前記電磁弁と直列に該バイパス路に流れる冷媒の流量を抑制し、調整することが可能な毛細管を設けたことを特徴とする請求項1記載の給湯器。
- 前記水熱交換器に接続される水回路の水を循環するポンプを室外機内に内蔵し、デフロスト運転時には前記ポンプを停止させないようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の給湯器。
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