JP5324826B2 - Heat pump type water heater - Google Patents
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Description
本発明は、例えばヒートポンプ回路によって給湯用水を加熱する給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a hot water supply apparatus that heats hot water supply water by, for example, a heat pump circuit.
従来、この種のヒートポンプ式給湯装置としては、圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器(ガスクーラ)に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、貯湯タンクの湯を浴槽や台所に供給するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, as this type of heat pump type hot water supply device, after the refrigerant discharged from the compressor is circulated to the water heat exchanger (gas cooler), it is circulated to the evaporator via an expansion valve whose opening degree can be adjusted. A heat pump circuit for sucking in, a hot water supply circuit for heating the hot water supply water by the refrigerant of the heat pump circuit by circulating hot water supply water to the water heat exchanger by a pump, and a hot water storage tank for storing hot water for the hot water supply circuit heated by the heat pump circuit The hot water of a hot water storage tank is supplied to a bathtub or a kitchen (for example, refer patent document 1).
また、この給湯装置において、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくして蒸発器に流入する冷媒の温度を通常運転よりも高くすることにより、除霜運転を行うようにしている。
ところで、前記給湯装置の除霜運転を開始した直後は、水熱交換器自体が高温であり、給湯回路の給湯用水を加熱可能な余熱が残存しているが、前記給湯装置では、除霜運転を開始すると給湯回路のポンプが停止するため、水熱交換器の余熱を給湯用水の加熱に利用することができず、その分だけ熱エネルギーの損失を生ずるという問題点があった。 By the way, immediately after starting the defrosting operation of the hot water supply device, the water heat exchanger itself is at a high temperature, and there remains residual heat that can heat the hot water for the hot water supply circuit. When the operation is started, the pump of the hot water supply circuit is stopped, so that the remaining heat of the water heat exchanger cannot be used for heating the hot water supply water, and there is a problem that heat energy is lost correspondingly.
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、除霜運転を開始した際に水熱交換器に残存する余熱を有効に利用することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a heat pump type hot water supply device that can effectively use the residual heat remaining in the water heat exchanger when defrosting operation is started. Is to provide.
本発明は前記目的を達成するために、圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくすることにより、蒸発器に流通する冷媒の温度を高くする除霜運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯装置において、前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプを除霜運転開始時の流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a heat pump circuit that circulates refrigerant discharged from a compressor to a hydrothermal exchanger, and then circulates it to an evaporator via an expansion valve whose opening is adjustable, and sucks it into the compressor. And a hot water supply circuit that heats the hot water supply water by the refrigerant of the heat pump circuit by circulating the hot water supply water to the water heat exchanger by a pump, and a hot water storage tank that stores the hot water supply water of the hot water supply circuit heated by the heat pump circuit, In the case of performing defrosting of the evaporator, in the heat pump hot water supply apparatus in which defrosting operation is performed to increase the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator by increasing the opening of the expansion valve, the defrosting When the operation is started, there is provided control means for continuously operating the pump of the hot water supply circuit until the defrosting operation is completed with the flow rate at the start of the defrosting operation.
これにより、除霜運転が開始されても給湯回路のポンプの運転が継続されることから、除霜運転を開始した直後に水熱交換器に残存する余熱によって給湯回路の給湯用水を加熱することができる。その際、例えば除霜運転開始時のポンプの流量が蒸発器の着霜による能力低下により小流量に低下するように制御されている場合であっても、その流量のままポンプの運転が継続されるため、水熱交換器の余熱が回収された後、水熱交換器に急激に低温の給湯用水が流入することがない。 Thus, since the operation of the pump of the hot water supply circuit is continued even when the defrosting operation is started, the hot water supply water of the hot water supply circuit is heated by the residual heat remaining in the water heat exchanger immediately after the start of the defrosting operation. Can do. At that time, for example, even if the flow rate of the pump at the start defrosting operation is controlled so as to decrease the low flow rate by the capacity reduction due to the frost of the evaporator, the operation of the left pump of the flow rate is continued Therefore, after the residual heat of the water heat exchanger is recovered, the low temperature hot water supply water does not flow into the water heat exchanger suddenly.
また、本発明は前記目的を達成するために、圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくすることにより、蒸発器に流通する冷媒の温度を高くする除霜運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯装置において、前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプの流量を所定流量まで徐々に低下させた後、その流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えている。 In order to achieve the above object, the present invention distributes the refrigerant discharged from the compressor to the water heat exchanger, then distributes it to the evaporator via an expansion valve whose opening degree can be adjusted, and sucks it into the compressor. A heat pump circuit, a hot water supply circuit that heats hot water supply water by a refrigerant of the heat pump circuit by circulating hot water supply water to a water heat exchanger by a pump, and a hot water storage tank that stores hot water supply water of the hot water supply circuit heated by the heat pump circuit In the heat pump hot water supply apparatus that performs the defrosting operation to increase the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator by increasing the opening degree of the expansion valve when performing defrosting of the evaporator, When the defrosting operation is started, the flow rate of the pump of the hot water supply circuit is gradually decreased to a predetermined flow rate, and thereafter, the control means is continuously operated until the defrosting operation is finished with the flow rate.
これにより、除霜運転が開始されても給湯回路のポンプの運転が継続されることから、除霜運転を開始した直後に水熱交換器に残存する余熱によって給湯回路の給湯用水を加熱することができる。その際、除霜運転開始時にポンプの流量が蒸発器の着霜による能力低下により小流量に低下するように制御されていない場合でも、除霜運転開始時のポンプの流量が所定流量まで低下することから、水熱交換器の余熱が回収された後、水熱交換器に急激に低温の給湯用水が流入することがない。また、ポンプの流量が徐々に低下することから、直ちに所定流量まで低下させる場合に比べ、除霜運転の開始直後に水熱交換器の余熱を回収するための流量が十分に確保される。 Thus, since the operation of the pump of the hot water supply circuit is continued even when the defrosting operation is started, the hot water supply water of the hot water supply circuit is heated by the residual heat remaining in the water heat exchanger immediately after the start of the defrosting operation. Can do. At that time, even when the flow rate of the pump is not controlled so as to decrease to a small flow rate due to capacity reduction due to frosting of the evaporator at the start of the defrosting operation, the pump flow rate at the start of the defrosting operation is reduced to a predetermined flow rate Therefore, after the residual heat of the water heat exchanger is recovered, the low temperature hot water supply water does not flow into the water heat exchanger suddenly. Moreover, since the flow rate of the pump gradually decreases, a flow rate for recovering the residual heat of the water heat exchanger immediately after the start of the defrosting operation is sufficiently ensured as compared with a case where the flow rate is immediately decreased to a predetermined flow rate.
本発明によれば、除霜運転を開始した直後に水熱交換器に残存する余熱によって給湯回路の給湯用水を加熱することができるので、熱エネルギーを有効に利用することができ、COPの向上に極めて有利である。この場合、水熱交換器の余熱が回収された後、水熱交換器に急激に低温の給湯用水が流入することがないので、水熱交換器を流通する給湯用水によって除霜用の冷媒の温度を低下させることがなく、除霜効率の低下を防止することができる。 According to the present invention, since the hot water for the hot water supply circuit can be heated by the residual heat remaining in the water heat exchanger immediately after the start of the defrosting operation, the heat energy can be used effectively and the COP can be improved. Is very advantageous. In this case, after the residual heat of the water heat exchanger is recovered, the low temperature hot water supply water does not flow into the water heat exchanger suddenly, so that the defrosting refrigerant is removed by the hot water supply water flowing through the water heat exchanger. A decrease in defrosting efficiency can be prevented without lowering the temperature.
図1乃至図3は本発明の第1の実施形態を示すもので、図1は給湯装置の概略構成図、図2は制御系を示すブロック図、図3は制御部の動作を示すタイムチャートである。 1 to 3 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hot water supply apparatus, FIG. 2 is a block diagram showing a control system, and FIG. 3 is a time chart showing the operation of a control unit. It is.
同図に示す給湯装置は、冷媒を流通するヒートポンプ回路10と、給湯用水を流通する第1給湯回路20と、給湯用水を流通する第2給湯回路30と、浴槽用水を流通する浴槽用回路40と、ヒートポンプ回路10の冷媒と第1給湯回路20の給湯用水とを熱交換する第1水熱交換器50と、第2給湯回路30の給湯用水と浴槽用回路40の浴槽用水とを熱交換する第2水熱交換器60とを備えている。
The hot water supply apparatus shown in the figure includes a
ヒートポンプ回路10は、圧縮機11、膨張弁12、蒸発器13及び第1水熱交換器50を接続してなり、図中実線矢印で示すように圧縮機11、第1水熱交換器50、膨張弁12、蒸発器13、圧縮機11の順に冷媒を流通させるようになっている。尚、このヒートポンプ回路10で使用される冷媒は、例えば二酸化炭素等の自然系冷媒である。膨張弁12は、例えば周知の電子膨張弁からなり、開度を任意の調整可能になっている。蒸発器13は送風機13aを有し、送風機13aによって外気と熱交換するようになっている。また、蒸発器13には蒸発器13の温度を検出する温度センサ14が設けられ、蒸発器13の近傍には外気温度を検出する外気温センサ15が設けられている。
The
第1給湯回路20は、貯湯タンク21、第1ポンプ22及び第1水熱交換器50を接続してなり、図中白抜き矢印で示すように貯湯タンク21、第1ポンプ22、第1水熱交換器50、貯湯タンク21の順に給湯用水を流通させるようになっている。貯湯タンク21には、給水管23及び第2給湯回路30が接続され、給水管23から供給された給湯用水は貯湯タンク21を介して第1給湯回路20を流通するようになっている。貯湯タンク21と浴槽Aとは、第2ポンプ24が設けられた流路25を介して接続され、図中一点鎖線矢印で示すように第2ポンプ24によって貯湯タンク21内の給湯用水が浴槽Aに供給されるようになっている。また、第1給湯回路20には、貯湯タンク21の流入側と流出側とを連通するバイパス流路26が設けられ、貯湯タンク21の流入側とバイパス流路26との間には流路切換手段としての三方弁27が設けられている。更に、第1水熱交換器50の流出側と三方弁27との間には、給湯用水の温度を検出する湯温センサ28が設けられている。
The first hot
第2給湯回路30は、貯湯タンク21、第3ポンプ31及び第2水熱交換器60を接続してなり、図中破線矢印で示すように貯湯タンク21、第2水熱交換器60、第3ポンプ31、貯湯タンク21の順に給湯用水を流通させるようになっている。
The second hot
浴槽用回路40は、浴槽A、第4ポンプ43及び第2水熱交換器60を接続してなり、図中黒塗り矢印で示すように浴槽A、第4ポンプ43、第2水熱交換器60、浴槽Aの順に浴槽用水を流通させるようになっている。
The
第1水熱交換器50は、ヒートポンプ回路10及び第1給湯回路20に接続され、ヒートポンプ回路10を流通する冷媒と第1給湯回路20を流通する給湯用水とを熱交換させるようになっている。第1水熱交換器50は、図示していないが、環状に巻かれたチューブ状の管路内にヒートポンプ回路10の高温側回路10aを配置してなる周知の構造からなり、高温側回路10aの冷媒との熱交換によって第1給湯回路20の給湯用水を加熱するようになっている。
The first
第2水熱交換器60は、第2給湯回路30及び浴槽用回路40に接続され、第2給湯回路30の給湯用水と浴槽用回路40の浴槽用水とを熱交換させるようになっている。
The second
前記給湯装置は、ヒートポンプ回路10及び第1水熱交換器50が配置された加熱ユニット70と、貯湯タンク21、第1ポンプ22、第2ポンプ24、第2給湯回路30、第4ポンプ43及び第2水熱交換器60が配置されたタンクユニット80とを備え、加熱ユニット70とタンクユニット80とは第1給湯回路20を介して接続されている。
The hot water supply apparatus includes a
また、前記給湯装置は、マイクロコンピュータからなる制御部90を備え、制御部90には、圧縮機11、膨張弁12、第1ポンプ22、送風機13a、温度センサ14、外気温センサ15、三方弁27及び湯温センサ28が接続されている。この制御部90では、温度センサ14によって検出される蒸発器13の温度と、外気温センサ15によって検出される外気温度に基づいて蒸発器13が着霜しているか否かを判定し、着霜していると判定した場合は、沸き上げ運転(通常運転)を除霜運転に切り換えるようになっている。
Moreover, the said hot water supply apparatus is provided with the control part 90 which consists of microcomputers, and the control part 90 has the
以上のように構成された給湯装置の沸き上げ運転においては、図3のタイムチャートに示すように、圧縮機11が任意の周波数Fで運転されるように制御され、膨張弁12が任意の開度Bになるように制御される。また、蒸発器13の送風機13aが作動し、第1給湯回路20の第1ポンプ22が任意の流量Qで運転されるように制御される。
In the boiling operation of the hot water supply apparatus configured as described above, the
ここで、制御部90によって除霜運転が開始されると、制御部90は、所定時間T1 (例えば30秒)が経過した後、圧縮機11を除霜運転用の所定周波数F1 で運転するとともに、膨張弁12を沸き上げ運転時よりも大きい所定の除霜運転用開度B1 に切り換え、除霜運転が開始してから所定時間T2 (例えば60秒)が経過すると、送風機13aを停止する。また、除霜運転が開始されると、第1ポンプ22の運転を除霜運転開始時の流量Qのまま継続する。これにより、第1水熱交換器50に残存する余熱によって第1給湯回路20の給湯用水が加熱され、貯湯タンク21に供給される。その際、除霜運転開始時の第1ポンプ22の流量Qは、蒸発器13の着霜による能力低下により小流量に低下するように制御されているため、その流量Qのまま第1ポンプ22の運転を継続することにより、第1水熱交換器50の余熱が回収された後、第1水熱交換器50に急激に低温の給湯用水が流入することがない。次に、余熱がなくなり湯温センサ28の検出温度が設定温度(沸き上げ温度)以下になると、三方弁27によって第1給湯回路20の流路がバイパス流路26側に切り換えられ、第1給湯回路20の給湯用水が貯湯タンク21に流入せずにバイパス流路26を流通して第1給湯回路20を循環する。この後、除霜運転が終了すると、第1ポンプ22を沸き上げ運転時の制御により任意の流量Qで運転するとともに、送風機13aを作動する。次に、除霜運転が終了してから所定時間T3 (例えば30秒)が経過すると、膨張弁12を沸き上げ運転時の制御により任意の開度Bに切り換え、除霜運転が終了してから所定時間T4 (例えば60秒)が経過すると、圧縮機11を沸き上げ運転時の制御により任意の周波数Fで運転する。
When the defrosting operation is started by the control unit 90, the control unit 90 operates the
このように、本実施形態によれば、除霜運転が開始されると、第1給湯回路20の第1ポンプ22を除霜運転開始時の流量Qのまま除霜運転終了まで継続して運転するようにしたので、除霜運転を開始した直後に第1水熱交換器50に残存する余熱によって第1給湯回路20の給湯用水を加熱することができ、熱エネルギーを有効に利用することができる。この場合、除霜運転開始時に小流量に低下した流量Qのまま第1ポンプ22の運転を継続することにより、第1水熱交換器50の余熱が回収された後、第1水熱交換器50に急激に低温の給湯用水が流入することがないので、第1水熱交換器50を流通する給湯用水によって除霜用の冷媒の温度を低下させることがなく、除霜効率の低下を防止することができる。
Thus, according to the present embodiment, when the defrosting operation is started, the
また、貯湯タンク21の流入側流路に設けた湯温センサ28の検出温度が所定の設定温度(沸き上げ温度)以下になると、三方弁27によって第1給湯回路20の流路をバイパス流路26側に切り換えることにより、第1給湯回路20の給湯用水を貯湯タンク21に流入させずに第1給湯回路20を循環させるようにしたので、第1水熱交換器50の余熱がなくなった後に第1ポンプ22の運転が継続されていても、貯湯タンク21に設定温度以下の給湯用水が流入することがなく、貯湯タンク21内の給湯用水の温度低下を防止することができる。
Further, when the temperature detected by the hot
図4は本発明の第2の実施形態を示すタイムチャートであり、前記実施形態とは制御部90の動作の一部が異なる。 FIG. 4 is a time chart showing a second embodiment of the present invention, and a part of the operation of the control unit 90 is different from the above embodiment.
即ち、本実施形態では、制御部90によって除霜運転が開始されると、前記実施形態と同様、制御部90は、所定時間T1 (例えば30秒)が経過した後、圧縮機11を除霜運転用の所定周波数F1 で運転するとともに、膨張弁12を沸き上げ運転時よりも大きい除霜運転用の所定の開度B1 に切り換え、除霜運転が開始してから所定時間T2 (例えば60秒)が経過すると、送風機13aを停止する。また、除霜運転が開始されると、第1ポンプ22の流量を所定流量Q1 まで徐々に低下させた後、その流量Q1 のまま除霜運転終了まで継続して運転する。これにより、第1水熱交換器50に残存する余熱によって第1給湯回路20の給湯用水が加熱され、貯湯タンク21に供給される。その際、第1ポンプ22の流量は所定流量Q1 まで低下するため、第1水熱交換器50の余熱が回収された後、第1水熱交換器50に急激に低温の給湯用水が流入することがない。次に、余熱がなくなり湯温センサ28の検出温度が設定温度(沸き上げ温度)以下になると、三方弁27によって第1給湯回路20の流路がバイパス流路26側に切り換えられ、第1給湯回路20の給湯用水が貯湯タンク21に流入せずにバイパス流路26を流通して第1給湯回路20を循環する。この後、除霜運転が終了すると、第1ポンプ22を沸き上げ運転時の制御により任意の流量Qで運転するとともに、送風機13aを作動する。次に、除霜運転が終了してから所定時間T3 (例えば30秒)が経過すると、膨張弁12を沸き上げ運転時の制御により任意の開度Bに切り換え、除霜運転が終了してから所定時間T4 (例えば60秒)が経過すると、圧縮機11を沸き上げ運転時の制御により任意の周波数Fで運転する。
That is, in the present embodiment, when the defrosting operation is started by the control unit 90, the control unit 90 defrosts the
本実施形態によれば、除霜運転が開始されると、第1給湯回路20の第1ポンプ22の流量を所定流量Q1 まで徐々に低下させた後、その流量Q1 のまま除霜運転終了まで継続して運転するようにしたので、前記実施形態と同様、除霜運転を開始した直後に第1水熱交換器50に残存する余熱によって第1給湯回路20の給湯用水を加熱することができ、熱エネルギーを有効に利用することができる。この場合、除霜運転開始時に第1ポンプ22の流量Qが小流量まで低下していない場合でも、第1ポンプ22の流量を所定流量Q1 まで低下させることにより、第1水熱交換器50の余熱が回収された後、第1水熱交換器50に急激に低温の給湯用水が流入することがないので、前記実施形態と同様、第1水熱交換器50を流通する給湯用水によって除霜用の冷媒の温度を低下させることがなく、除霜効率の低下を防止することができる。また、第1ポンプ22の流量を徐々に低下させるようにしているので、直ちに流量Q1 まで低下させる場合に比べ、除霜運転の開始直後に第1水熱交換器50の余熱を回収するための流量を十分に確保することができ、余熱による給湯用水の加熱を効率良く行うことができる。
According to the present embodiment, when the defrosting operation is started, the flow rate of the
10…ヒートポンプ回路、11…圧縮機、12…膨張弁、13…蒸発器、20…第1給湯回路、22…第1ポンプ、26…バイパス流路、27…三方弁、50…第1水熱交換器、90…制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプを除霜運転開始時の流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えた
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。 After the refrigerant discharged from the compressor is circulated to the water heat exchanger, it is circulated to the evaporator through an expansion valve whose opening degree can be adjusted, and the heat pump circuit for sucking into the compressor and the hot water supply water are pumped by the water heat exchanger. A hot water supply circuit that heats the hot water supply water by the refrigerant of the heat pump circuit and a hot water storage tank that stores the hot water supply water of the hot water supply circuit heated by the heat pump circuit, and when defrosting the evaporator, In the heat pump type hot water supply apparatus that performs the defrosting operation to increase the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator by increasing the opening of the expansion valve,
When the defrosting operation is started, the heat pump type hot water supply device is provided with control means for continuously operating the pump of the hot water supply circuit until the defrosting operation is ended with the flow rate at the start of the defrosting operation.
前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプの流量を所定流量まで徐々に低下させた後、その流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えた
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。 After the refrigerant discharged from the compressor is circulated to the water heat exchanger, it is circulated to the evaporator through an expansion valve whose opening degree can be adjusted, and the heat pump circuit for sucking into the compressor and the hot water supply water are pumped by the water heat exchanger. A hot water supply circuit that heats the hot water supply water by the refrigerant of the heat pump circuit and a hot water storage tank that stores the hot water supply water of the hot water supply circuit heated by the heat pump circuit, and when defrosting the evaporator, In the heat pump type hot water supply apparatus that performs the defrosting operation to increase the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator by increasing the opening of the expansion valve,
When the defrosting operation is started, the flow rate of the pump of the hot water supply circuit is gradually reduced to a predetermined flow rate, and then the control means is provided for continuously operating until the defrosting operation is completed with the flow rate. Heat pump type hot water supply device.
貯湯タンクの流入側の給湯用水の温度が所定の設定温度以下になると、給湯回路の流路をバイパス流路に切り換える流路切換手段とを備えた
ことを特徴とする請求項1または2記載のヒートポンプ式給湯装置。 A bypass passage communicating the inflow side passage and the outflow side passage of the hot water storage tank in the hot water supply circuit;
The flow path switching means for switching the flow path of the hot water supply circuit to the bypass flow path when the temperature of the hot water supply water on the inflow side of the hot water storage tank becomes equal to or lower than a predetermined set temperature is provided. Heat pump water heater.
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