JP5127294B2

JP5127294B2 - ヒートポンプ式温水生成器

Info

Publication number: JP5127294B2
Application number: JP2007125809A
Authority: JP
Inventors: 恒雄高木
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: JP2008281274A

Description

本発明は、蒸発器に付着した霜を除去可能なヒートポンプ式温水生成器に関する。

ヒートポンプ式給湯器は、膨張弁で低温低圧にされた冷媒を蒸発器において外気と熱交換させることにより、温度を上昇させ、その冷媒を圧縮機で高温高圧とし、常温水を凝縮器においてその高温となった冷媒と熱交換させることによって湯を生成するものである。かかるヒートポンプ式給湯器は、エネルギー効率のよい温水生成手段として産業用及び家庭用の給湯器として普及しつつある。

しかし、ヒートポンプ式の給湯器では、蒸発器は外気より低温となるため冬季等の寒冷な季節には蒸発器に霜が付着することで熱交換効率が低下し、給湯能力を十分に発揮できなくなるという問題があった。

このような問題に対して、特許文献１に開示された技術では、蒸発器に圧縮機で高温高圧となった冷媒を四方弁によって逆流させて蒸発器に送ることにより、蒸発器を温めて除霜している。また、特許文献２に開示された技術では、圧縮機で高温高圧にした冷媒を減圧器で減圧せずに室外熱交換器に供給することにより、室外熱交換器に温熱を供給し除霜している。しかし、これらの技術では、いずれも除霜の間は温水を生成することができず、また構成や制御方法が複雑となるという問題がある。
特開平１１−７２２６８号公報特開２００１−８２８０２号公報

本発明は、このような課題に対して、温水生成運転を行いがなら簡易に除霜を行うことができるヒートポンプ式温水生成器を提供することを目的とする。

第１の発明は、圧縮器で圧縮することにより昇温させた冷媒と常温水とを熱交換させることにより温水を生成し、前記圧縮器で熱交換させた冷媒を膨張させた後、膨張することによって温度が低下した冷媒を蒸発器で外気と熱交換させ、前記蒸発器で熱交換させた冷媒を前記圧縮器に循環させるように構成されたヒートポンプ式温水生成器であって、
前記生成された温水を前記蒸発器に噴射する温水噴射部と、
前記温水噴射部へ温水を供給する噴射用配管に設けられたバルブと、
前記蒸発器の温度を検出する蒸発器温度計と、
前記噴射用配管の温度を検出する噴射用配管温度計と、
前記蒸発器温度計及び噴射用配管温度計で検出された温度に基づいて、前記バルブの開閉を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記蒸発器温度計により検出された温度が所定温度Ｔａ以下であるかどうかを所定時間Ｔｘ毎に判定し、前記所定温度Ｔａ以下の温度を判定した場合、前記所定時間Ｔｘよりも短い所定時間Ｔｙ、前記バルブを開き、
前記噴射用配管温度計で検出された温度が所定温度Ｔｄ以下の場合、所定時間Ｔｗ、前記バルブを開くことを特徴とするヒートポンプ式温水生成器である。

第２の発明は、第１の発明に記載の給湯システムであって、
前記噴射用配管の温度を検出する噴射用配管温度計と、
前記噴射用配管の外周に前記噴射用配管を温めるヒータと、を備え、
前記制御部は、前記噴射用配管温度計で検出された温度に基づいて、前記ヒータを制御することを特徴とするヒートポンプ式温水生成器である。

本発明によれば、簡易な構成で温水生成運転を行いがなら除霜を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態であるヒートポンプ式温水生成器１の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態のヒートポンプ式温水生成器１は、圧縮機１０、凝縮器２０、膨張弁３０、蒸発器４０、温水噴射部５０、バルブ６０、ヒータ７０、制御部８０などを備えている。

圧縮機１０は、冷媒を圧縮し、冷媒を高温高圧（例えば、約１００気圧、約１００℃）とする。
凝縮器２０は、タンク９０から常温水配管９２を介して供給される常温水を、圧縮機１０において高温高圧にされた冷媒と熱交換させることにより、高温水を生成する。凝縮器２０で生成された高温水は、高温水配管９３を介してタンク９０に供給される。

膨張弁３０は、凝縮器２０で常温水と熱交換した冷媒を減圧する。これによって、冷媒の温度は低下する。
蒸発器４０は、膨張弁３０において温度が低下した冷媒と外気とを熱交換させることにより、冷媒の温度を上昇させる。その際、ファン４２が外気を取込んで蒸発器４０に吹きつけることにより、蒸発器４０での熱交換効率が向上する。そして、蒸発器４０で温度が上昇した冷媒は圧縮機１０へ戻される。

以上の通り、ヒートポンプ式温水生成器１において、冷媒が、圧縮機１０、凝縮器２０、膨張弁３０、蒸発器４０の順に循環し、凝縮器２０にて常温水が高温状態の冷媒と熱交換することにより温水が生成される。なお、冷媒は、例えば二酸化炭素が用いられる。

タンク９０は、凝縮器２０で生成された高温水を貯留するためのタンクである。タンク９０の下部には、外部からタンク９０へ常温水を供給する給水配管９１と、タンク９０から凝縮器２０へ常温水を供給する常温水配管９２と、が接続されている。また、タンク９０の上部には、凝縮器２０で生成された高温水をタンク９０へ供給する高温水配管９３と、タンク９０から給湯口９６へ高温水を供給する給湯配管９４と、が接続されている。常温水配管９２には、常温水をタンク９０から凝縮器２０に送給するためのポンプ９５が設けられている。

また、高温水配管９３から、噴射用配管５２が分岐しており、この噴射用配管５２の先端部に温水噴射部５０が取り付けられている。
温水噴射部５０は、高温水配管９３から噴射用配管５２を介して供給された高温水を蒸発器４０に噴射する。なお、本実施形態では、高温水配管９３より分岐する噴射用配管５２により凝縮器２０で生成された高温水を温水噴射部５０に供給しているが、タンク９０に一旦貯留された温水を温水噴射部５０へ供給してもよい。

噴射用配管５２にはバルブ６０が設けられている。バルブ６０は、開くことで温水噴射部５０へ高温水を供給し、閉じることで温水噴射部５０への高温水の供給を停止する。
噴射用配管５２には、また、ヒータ７０が設けられている。ヒータ７０は、制御部８０からの制御信号に応じて噴射用配管５２を加熱する。

蒸発器４０には、蒸発器温度センサ８１が設けられている。蒸発器温度センサ８１は、蒸発器４０の温度Ｔ１を検出し、制御部８０に検出温度を示す信号を送信する。また、噴射用配管５２には、噴射用配管温度センサ８２が設けられている。噴射用配管温度センサ８２は、噴射用配管の温度Ｔ２を検出し、制御部８０に検出温度を示す信号を送信する。さらに、外気温度センサ８３は、外気の温度Ｔ３を検出し、制御部８０に検出温度を示す信号を送信する。

制御部８０は、蒸発器温度センサ８１、噴射用配管温度センサ８２、外気温度センサ８３からの信号に基づいて、バルブ６０の開閉及びヒータ７０の制御を行う。

一般に、蒸発器４０の温度が−４℃程度以下になると、蒸発器４０に霜が付着して熱交換効率が低下するとの問題が発生することが知られている。そこで、制御部８０は、蒸発器温度センサ８１により検出された蒸発器４０の温度Ｔ１に基づいて、バルブ６０を開いて温水を温水噴射部５０に供給し、温水噴射部５０から蒸発器４０に温水を噴射させることにより、蒸発器４０への霜の付着を防止し、あるいは付着した霜を融かして除去する。例えば、制御部８０は、所定時間Ｔｘ毎（例えば、１０分毎）に蒸発器４０の温度Ｔ１を判別し、温度Ｔ１が所定温度Ｔａ℃（例えば、−４℃）以下となった場合、所定時間Ｔｙ（Ｔｙ＜Ｔｘであって、例えば、１０秒間）バルブ６０を開いて温水噴射部５０から蒸発器４０に温水を噴射させる。あるいは、制御部８０は、蒸発器温度センサ８１により検出された温度Ｔ１が所定温度Ｔｂ℃（例えば、−４℃）以下となった場合、バルブ６０を開き、温度Ｔ１が所定温度Ｔｃ℃（例えば、１℃）以上となった場合、バルブ６０を閉じて温水の温水噴射部５０への供給を停止することとしてもよい。

ところで、噴射用配管５２に設けられたバルブ６０を閉じたままとしておくと、寒冷な季節には噴射用配管５２内の温水が冷めてしまう虞がある。そこで、制御部８０は、噴射用配管温度センサ８２により検出された噴射用配管５２の温度Ｔ２に基づいてバルブ６０の開閉を制御する。例えば、制御部８０は、所定時間Ｔｚ毎（例えば、２０分毎）に噴射用配管温度センサ８２から温度Ｔ２を受取り、噴射用配管５２の温度Ｔ２が所定温度Ｔｄ℃（例えば、０℃）以下となった場合、所定時間Ｔｗ（Ｔｗ＜Ｔｚであって、例えば、５秒間）バルブ６０を開いて噴射用配管５２内に温水を流すことにより、噴射用配管５２内の水が凍結するのを防止する。

あるいは、制御部８０は、外気温度センサ８３により検出された外気温度Ｔ３に基づいてバルブ６０の開閉を制御してもよい。すなわち、制御部８０は、外気の温度Ｔ３が所定温度Ｔｅ℃（例えば、−１℃）以下である場合、バルブ６０を開いて噴射用配管５２内に温水を流すことにより、噴射用配管５２内の水が凍結するのを防止する。

さらに、制御部８０は、噴射用配管温度センサ８２により検出された噴射用配管５２の温度Ｔ２に基づいて、ヒータ７０のオン・オフを制御してもよい。すなわち、制御部８０は、温度Ｔ２が所定温度Ｔｆ℃（例えば、０℃）以下である場合、ヒータ７０をオンにして噴射用配管５２を加熱することにより、噴射用配管５２内の水が凍結するのを防止する。なお、ここでは、噴射用配管温度センサ８２により検出された噴射用配管５２の温度Ｔ２に代えて、外気の温度Ｔ３を用いてもよい。

以上の通り、本実施形態のヒートポンプ式温水生成器１は簡易な構造を有し、簡易な制御によって、温水生成運転を行いながら同時に除霜を行うことができる。また、除霜時においても、タンク９０へは常に高温（例えば、９０℃）の温水を送ることができる。

また、噴射用配管温度センサ８２又は外気温度センサ８３を設けて、制御部８０において噴射用配管５２又は外気の温度を監視することにより、噴射用配管５２についても凍結を防止することができるので、除霜が必要なときには直ちに除霜を行うことができる。

なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

本発明の実施形態であるヒートポンプ式温水生成器１の全体構成図である。

符号の説明

１ヒートポンプ式温水生成器
１０圧縮機２０凝縮器
３０膨張弁４０蒸発器
４２ファン５０温水噴射部
５２噴射用配管６０バルブ
７０ヒータ８０制御部
８１蒸発器温度センサ８２噴射用配管温度センサ
８３外気温度センサ９０タンク
９１給水配管９２常温水配管
９３高温水配管９４給湯配管
９５ポンプ９６給湯口

Claims

圧縮器で圧縮することにより昇温させた冷媒と常温水とを熱交換させることにより温水を生成し、前記圧縮器で熱交換させた冷媒を膨張させた後、膨張することによって温度が低下した冷媒を蒸発器で外気と熱交換させ、前記蒸発器で熱交換させた冷媒を前記圧縮器に循環させるように構成されたヒートポンプ式温水生成器であって、
前記生成された温水を前記蒸発器に噴射する温水噴射部と、
前記温水噴射部へ温水を供給する噴射用配管に設けられたバルブと、
前記蒸発器の温度を検出する蒸発器温度計と、
前記噴射用配管の温度を検出する噴射用配管温度計と、
前記蒸発器温度計及び噴射用配管温度計で検出された温度に基づいて、前記バルブの開閉を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記蒸発器温度計により検出された温度が所定温度Ｔａ以下であるかどうかを所定時間Ｔｘ毎に判定し、前記所定温度Ｔａ以下の温度を判定した場合、前記所定時間Ｔｘよりも短い所定時間Ｔｙ、前記バルブを開き、
前記噴射用配管温度計で検出された温度が所定温度Ｔｄ以下の場合、所定時間Ｔｗ、前記バルブを開くことを特徴とするヒートポンプ式温水生成器。
請求項１に記載のヒートポンプ式温水生成器であって、
前記噴射用配管の温度を検出する噴射用配管温度計と、
前記噴射用配管の外周に前記噴射用配管を温めるヒータと、を備え、
前記制御部は、前記噴射用配管温度計で検出された温度に基づいて、前記ヒータを制御することを特徴とするヒートポンプ式温水生成器。