JP5176485B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明は、給湯、暖房および乾燥等に利用するヒートポンプ給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater used for hot water supply, heating, drying and the like.
従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と放熱器と絞り手段と蒸発器からなる冷媒回路と、放熱器と循環ポンプと貯湯槽からなる給湯回路で構成し、循環ポンプにより放熱器で得た熱を貯湯槽に運び熱として蓄え、必要に応じ貯湯槽から取り出した高温の水と給水とを混合弁で所定の温度に混合して給湯などの熱負荷に供していた(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of heat pump hot water supply apparatus is composed of a refrigerant circuit composed of a compressor, a radiator, a throttle means, and an evaporator, and a hot water supply circuit composed of a radiator, a circulation pump, and a hot water tank. The hot water was carried to a hot water tank and stored as heat, and hot water taken out of the hot water tank and the water supply were mixed with a mixing valve at a predetermined temperature to provide a heat load such as hot water supply (for example, patent documents) 1).
図6は、特許文献1に記載された従来のヒートポンプ給湯装置を示すものである。図6に示すように、圧縮機1と、放熱器2と、絞り手段3と、蒸発器4と、循環ポンプ5と貯湯槽6と混合弁7とから構成されている。
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱運転時には貯湯槽内の温度が上部より順に上昇するため循環ポンプで放熱器に送られる循環水の温度も時間経過とともに上昇し、ヒートポンプ冷媒回路の放熱器を出る冷媒の温度をあげることとなり、ヒートポンプ運転の効率を低下させるなどの課題を有していた。 However, in the conventional configuration, the temperature in the hot water tank rises in order from the top during the heat storage operation, so the temperature of the circulating water sent to the radiator by the circulation pump also rises with time and exits the heat pump refrigerant circuit radiator. As a result, the temperature of the refrigerant was raised, and there were problems such as reducing the efficiency of heat pump operation.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率なヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing a highly efficient heat pump hot-water supply apparatus.
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と放熱器と絞り手段と蒸発器とを順に接続し形成したヒートポンプ冷媒回路と、前記放熱器と前記絞り手段とを接続する配管をバイパスする第1バイパス回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器により加熱された湯を貯湯する貯湯槽を有する給湯回路と、前記圧縮機と前記放熱器との接続配管をバイパスする第2バイパス回路と、前記第1バイパス回路と前記第2バイパス回路とを接続する蓄熱器と、前記第1バイパス回路に設けた第1回路切り換え手段と、前記第2バイパス回路に設けた第2回路切り換え手段と、前記放熱器の入口温度検知手段と、前記放熱器の出口温度検知手段とを備え、前記入口温度検知手段と前記出口温度検知手段の検出値に基づいて、前記第1回路切り換え手段と前記第2回路切り換え手段とを制御する構成としたことを特徴とするもので、ヒートポンプ冷媒回路の放熱器の出口の冷媒温度が上昇したとき、第1バイパス回路で蓄熱器に冷媒を流して蓄熱器に熱を放出して冷媒温度を低下させることによりヒートポンプ運転の効率を向上することができ、さらに蓄熱器に蓄えた熱を次のヒートポンプ運転開始時に、第2バイパス回路で蓄熱器から熱を回収して放熱器に入る冷媒の温度を上げることにより、圧縮機の温度が上昇する前にも高温の冷媒を供給することができるなど、始動特性を向上し、装置全体のシステム効率を向上することができる。 In order to solve the conventional problem, a heat pump hot water supply apparatus of the present invention includes a heat pump refrigerant circuit formed by sequentially connecting a compressor, a radiator, a throttle means, and an evaporator, and the radiator and the throttle means. A first bypass circuit that bypasses a pipe to be connected; a hot water supply circuit that is connected to the radiator and has a hot water storage tank that stores hot water heated by the radiator; and a connecting pipe that connects the compressor and the radiator a second bypass circuit which bypasses the heat accumulator that connects the second bypass circuit and said first bypass circuit, a first circuit switching means provided in the first bypass circuit, provided in the second bypass circuit comprising a second circuit switching means, and the inlet temperature sensing means of said radiator and an outlet temperature sensing means of said radiator, based on the detected value of the inlet temperature sensing means and said outlet temperature detecting means The present invention in which the first circuit switching means, characterized in that the arrangement for controlling the second circuit switching means, when the refrigerant temperature at the outlet of the radiator of the heat pump refrigerant circuit is increased, the first bypass circuit The efficiency of the heat pump operation can be improved by flowing the refrigerant through the heat accumulator and releasing the heat to the heat accumulator to lower the refrigerant temperature. Further, the heat stored in the heat accumulator By recovering heat from the heat accumulator in the bypass circuit and increasing the temperature of the refrigerant entering the radiator, the high temperature refrigerant can be supplied before the compressor temperature rises, improving the starting characteristics, Ru can improve system efficiency of the entire device.
本発明によれば、ヒートポンプ運転効率と始動特性とを向上することができるヒートポンプ給湯装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump hot water supply apparatus which can improve heat pump operation efficiency and a starting characteristic can be provided.
第1の発明は、圧縮機と放熱器と絞り手段と蒸発器とを順に接続し形成したヒートポンプ冷媒回路と、前記放熱器と前記絞り手段とを接続する配管をバイパスする第1バイパス回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器により加熱された湯を貯湯する貯湯槽を有する給湯回路と、前記圧縮機と前記放熱器との接続配管をバイパスする第2バイパス回路と、前記第1バイパス回路と前記第2バイパス回路とを接続する蓄熱器と、前記第1バイパス回路に設けた第1回路切り換え手段と、前記第2バイパス回路に設けた第2回路切り換え手段と、前記放熱器の入口温度検知手段と、前記放熱器の出口温度検知手段とを備え、前記入口温度検知手段と前記出口温度検知手段の検出値に基づいて、前記第1回路切り換え手段と前記第2回路切り換え手段とを制御する構成としたことを特徴とするもので、ヒートポンプ冷媒回路の放熱器の出口の冷媒温度が上昇したとき、第1バイパス回路で蓄熱器に冷媒を流して蓄熱器に熱を放出して冷媒温度を低下させることによりヒートポンプ運転の効率を向上することができ、さらに蓄熱器に蓄えた熱を次のヒートポンプ運転開始時
に、第2バイパス回路で蓄熱器から熱を回収して放熱器に入る冷媒の温度を上げることにより、圧縮機の温度が上昇する前にも高温の冷媒を供給することができるなど、始動特性を向上し、装置全体のシステム効率を向上することができる。
The first invention includes a heat pump refrigerant circuit formed by sequentially connecting a compressor, a radiator, a throttle means, and an evaporator, a first bypass circuit that bypasses a pipe connecting the radiator and the throttle means, A hot water supply circuit having a hot water tank connected to the radiator and storing hot water heated by the radiator, a second bypass circuit bypassing a connection pipe between the compressor and the radiator, and the first bypass a heat accumulator that connects the a circuit second bypass circuit, said a first circuit switching means provided in the first bypass circuit, a second circuit switching means provided in the second bypass circuit, the inlet of the radiator a temperature detecting means, and an outlet temperature detection means of the radiator, wherein the inlet temperature sensing means based on the detected value of the outlet temperature detecting means, wherein the first circuit switching means a second circuit switched Characterized in that it has a structure for controlling the stage, when the refrigerant temperature at the outlet of the radiator of the heat pump refrigerant circuit rises, releasing heat to the heat accumulator by passing the refrigerant to the regenerator in the first bypass circuit The efficiency of the heat pump operation can be improved by lowering the refrigerant temperature, and the heat stored in the heat accumulator is recovered from the heat accumulator by the second bypass circuit at the start of the next heat pump operation. by raising the temperature of the refrigerant entering the, before the temperature of the compressor rises well as can supply the high-temperature refrigerant, to improve the starting characteristic, Ru can improve system efficiency of the entire device.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものでない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a heat pump hot water supply apparatus according to a first embodiment of the present invention.
図1において、第1バイパス回路8は、圧縮機1と放熱器2と絞り手段3と蒸発器4とを順に環状に配管接続するヒートポンプ冷媒回路9において、放熱器2と絞り手段3とを接続する配管をバイパスし、第1回路切り換え手段10を設け、第2バイパス回路11は、圧縮機1と放熱器2を接続する配管をバイパスして設け、第2回路切り換え手段12に設けて構成している。第1バイパス回路8と第2バイパス回路11とは蓄熱器13に接続し、放熱器2は、貯湯槽6と循環ポンプ5とを順に環状に配管接続して給湯回路14を構成し、ヒートポンプ冷媒回路9側の放熱器2の入口温度検知手段15と出口温度検知手段16の検出値に応じて第1回路切り換え手段10と第2回路切り換え手段12とを切り換え制御する制御装置17を設けている。
In FIG. 1, the
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat pump hot-water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、貯湯槽6内が低温の市水により満たされている場合は、給湯回路14において循環ポンプ5を運転して、放熱器2に低温の市水を供給することになるので、ヒートポンプ冷媒回路側9がわの流路は圧縮機1と放熱器2と絞り手段3と蒸発器4の順に流れる定常状態の運転からスタートする。放熱器2で加熱され高温となった温水は貯湯槽6の上部から順に下方に積層し温度成層を形成する。
First, when the
時間の経過とともに貯湯槽6の下部から流出する水の温度は上昇し放熱器2の入口水温を上昇させることとなる。冷媒回路側9側で放熱器2の出口冷媒温度も上昇して出口温度検出手段16が所定の値以上になったことを検知したとき、制御装置17により第1回路切換え手段10を作動させて第1バイパス回路8側に回路を切り換えることとなる。高温冷媒は蓄熱器13で放熱し温度を低下させて絞り手段3に流入することとなるので、サイクル効率を高く保った状態で運転を継続することとなる。
As time passes, the temperature of the water flowing out from the lower part of the
蓄熱運転が終了し、給湯負荷が発生したあと貯湯槽6の蓄熱量が不足するとヒートポンプの運転を再開することとなるが、低外気温環境で長時間の停止時間の再運転条件などの場合、圧縮機1の吐出温度が上昇するのに時間を要する。この時、出口温度検出手段16の検知する冷媒温度が所定の値以下である場合、制御装置17により第2回路切換え手段12を作動させて第2バイパス回路11側に回路を切り換えることとなる。低温冷媒は第2バイパス回路11に接続された蓄熱器13で吸熱し温度を上昇させて放熱器2に流入することとなるので、運転開始直後から高温の温水を得ることができる。
After the heat storage operation is finished and the hot water supply load is generated, the heat pump operation is resumed when the amount of heat stored in the hot
以上のように、本実施の形態においては、放熱器2の出口温度が高い場合に、第1バイパス回路8側に回路を切り換えて蓄熱器13に蓄熱させて冷媒温度を低下させ、運転再開時に冷媒温度が低い場合は、第2バイパス回路11側に回路を切り換えて蓄熱器13で冷媒を加熱して高温の冷媒を放熱器2に供給することにより、放熱器2への入水温度が高い場合でも高効率で運転し、ヒートポン始動時においても短時間に高温水を製造することと
なり、ヒートポンプの運転効率を安定して高く保つことができ、始動性能に優れたヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, when the outlet temperature of the
(参考例1)
図2は本発明の参考例1のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図2において、第2バイパス回路11は、ヒートポンプ冷媒回路9の蒸発器4と圧縮機1とを接続する配管をバイパスして蓄熱器13に接続して構成している。
( Reference Example 1 )
FIG. 2 shows a block diagram of the heat pump hot water supply apparatus of Reference Example 1 of the present invention. In FIG. 2, the
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat pump hot-water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、ヒートポンプの運転開始時に、出口温度検出手段16の検知する冷媒温度が所定の値以下であることを検知した場合、制御装置17により第2回路切換え手段12を作動させて第2バイパス回路11側に回路を切り換えることとなる。低温の冷媒は第2バイパス回路11に接続された蓄熱器13で吸熱し温度を上昇させて圧縮機1に吸入されることとなるので、高温の冷媒を吸入した圧縮機1は圧縮機1自身の温度を上昇させるとともに、吐出温度も上昇させることとなるので、放熱器2に流入する冷媒の温度を上昇させることとなる。
First, when it is detected that the refrigerant temperature detected by the outlet temperature detection means 16 is not more than a predetermined value at the start of operation of the heat pump, the second circuit switching means 12 is operated by the
以上のように、本参考例においては、蓄熱器13に接続する第2バイパス回路11をヒートポンプ冷媒回路9の蒸発器4と圧縮機1とを接続する配管をバイパスして設けた構成とすることにより、ヒートポンプ始動時に高温の冷媒を圧縮機1に吸入させて、圧縮機1を加熱し、吐出温度を上昇させることとなり、放熱器2の入口冷媒温度を短時間で上昇させる始動性能に優れたヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
As described above, in this reference example , the
(参考例2)
図3は本発明の参考例2のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図3において、第2バイパス回路11は、給湯回路14の放熱器2をバイパスして蓄熱器13に接続して構成している。
( Reference Example 2 )
FIG. 3 shows a configuration diagram of a heat pump hot-water supply apparatus according to Reference Example 2 of the present invention. In FIG. 3, the
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat pump hot-water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、蓄熱運転開始時に、出口温度検出手段16の検知する冷媒温度が所定の値以下であることを検知した場合、制御装置17により第2回路切換え手段12を作動させて第2バイパス回路11側に回路を切り換えることとなる。循環ポンプ5により低温の水を蓄熱器13に搬送することにより、蓄熱器13から吸熱して高温となった温水を貯湯槽6に搬送することとなる。
First, when it is detected that the refrigerant temperature detected by the outlet temperature detecting means 16 is equal to or lower than a predetermined value at the start of the heat storage operation, the second circuit switching means 12 is operated by the
以上のように、本参考例においては、給湯回路14の放熱器2をバイパスして蓄熱器13に接続する第2バイパス回路11を備えた構成とすることにより、蓄熱運転開始時に、ヒートポンプ冷媒回路9で冷媒温度を充分に高くするまでの間、蓄熱器13で低温の水を直接加熱することとなり、始動特性に優れた高効率のヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
As described above, in the present reference example , the heat pump refrigerant circuit is provided at the start of the heat storage operation by providing the
(参考例3)
図4は本発明の参考例3のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図4において、第2バイパス回路11は、ヒートポンプ冷媒回路9の圧縮機1と放熱器2とを接続する配管をバイパスして圧縮機1に装着する蓄熱器13に接続して構成している。
( Reference Example 3 )
FIG. 4 shows a configuration diagram of a heat pump hot-water supply apparatus according to Reference Example 3 of the present invention. In FIG. 4, the
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat pump hot-water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、ヒートポンプ運転中は圧縮機1の温度が高温になるため、圧縮機1のケーシングから外部に放熱することとなるが、圧縮機1の外表面に蓄熱器13を装着しているため、圧縮機1からの放熱は蓄熱器13に蓄熱されることとなる。運転終了後も蓄熱器13に蓄熱された状態となり、圧縮機1を一定の温度の保つこととなる。再運転時には第2回路切換え手段12を作動させて第2バイパス回路11側に回路を切り換えることにより蓄熱器13から冷媒に熱回収して高温の冷媒を放熱器2に搬送して再運転初期においても高温水を生成することとなる。
First, since the temperature of the
以上のように、本参考例においては、ヒートポンプ冷媒回路9の圧縮機1と放熱器2とを接続する配管をバイパスして圧縮機1に装着する蓄熱器13に接続する第2バイパス回路11を設けることにより、圧縮機1を一定の温度以上に保つとともに、圧縮機1からの放熱を蓄熱器13に蓄熱して、再運転始動時に冷媒を加熱することとなり、冬季などの環境温度が低い条件においても圧縮機1への冷媒寝込みを防止して、運転立ち上げ時に蓄熱器13から熱回収することにより、始動特性に優れた高効率のヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
As described above, in this reference example , the
(実施の形態2)
図5は本発明の第2の実施の形態のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図5において、第5の発明は、特に第1回路切り換え手段は第1開閉弁18と第1逆止弁19で構成し、第2回路切り換え手段12は第2開閉弁20と第2逆止弁21とで構成している。
( Embodiment 2 )
FIG. 5 shows a block diagram of a heat pump hot water supply apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, in the fifth aspect of the invention, in particular, the first circuit switching means comprises a first on-off
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat pump hot-water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、蓄熱運転開始時は第1開閉弁18と第2開閉弁20は閉止した状態で、圧縮機1と放熱器2と絞り手段3と蒸発器4の順に形成されるヒートポンプ冷媒回路9を冷媒が循環する。蓄熱運転終了が近くなるに従い、給湯回路14の放熱器2の入水温度が上昇するため、ヒートポンプ冷媒回路9の放熱器2の出口温度も上昇する。
First, when the heat storage operation is started, the first on-off
出口温度検出手段16が所定の値以上を検出するとき、制御装置17で第1開閉弁18を開放することにより、高温冷媒の1部を蓄熱器13に流入させて温度を低下させ低温冷媒を絞り手段3に流入させることとなる。蓄熱運転が終了して時間が経過したあと再運転する場合は、圧縮機1から出る冷媒は所定の温度に達するまでに時間を要するので、入口温度検出手段15は所定の値より低い値を検出する。
When the outlet temperature detection means 16 detects a predetermined value or more, the
この時、制御装置17で第2開閉弁20を開放することにより、冷媒の1部を蓄熱器13に流入させて加熱することにより、高温の冷媒を放熱器2に搬送することとなる。第1バイパス回路8に第1逆止弁19を設け、第2バイパス回路11に第2逆止弁21を設けて、冷媒の逆流を防止することにより、第1バイパス回路8と第2バイパス回路11を合流して、蓄熱器13の熱交換器を1つにすることができる。
At this time, by opening the second on-off
以上のように、本実施の形態においては、開閉弁と逆止弁の組み合わせにより、放熱器2の出口温度が高い場合に蓄熱器13に蓄熱し、再運転初期の冷媒温度が低いときに蓄熱器13から熱回収して冷媒を加熱することにより、構成を簡易化して信頼性が高く始動特性に優れた高効率のヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the combination of the on-off valve and the check valve stores heat in the
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、高効率な運転が可能となるので、給湯、暖房、衣類乾燥機および産業用の廃熱回収装置などの用途にも適用できる。 As described above, since the heat pump hot water supply apparatus according to the present invention can be operated with high efficiency, it can be applied to uses such as hot water supply, heating, clothes dryers, and industrial waste heat recovery apparatuses.
1 圧縮機
2 放熱器
3 絞り手段
4 蒸発器
5 循環ポンプ
6 貯湯槽
7 混合弁
8 第1バイパス回路
9 ヒートポンプ冷媒回路
10 第1回路切換え手段
11 第2バイパス回路
12 第2回路切換え手段
13 蓄熱器
14 給湯回路
15 入口温度検出手段
16 出口温度検出手段
17 制御装置
18 第1開閉弁
19 第2逆止弁
20 第1開閉弁
21 第2逆止弁
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