JP5405404B2

JP5405404B2 - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP5405404B2
Application number: JP2010165141A
Authority: JP
Inventors: 充眞貝; 基阿部
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2012026636A

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では、沸き上げ運転に伴って空気熱交換器に着霜したことを蒸発温度センサが所定温度以下になったことや加熱能力の低下によって検知すると、減圧手段を開いて圧縮機からの高温高圧冷媒をそのまま空気熱交換器に導いて除霜運転を行うようにしたものがあった。この除霜運転は蒸発温度センサが所定温度以上となって除霜が完了したことを検知するか、除霜開始から所定時間に達すると除霜運転を終了して沸き上げ運転に戻るようにしているものであった。

特開２００３−２２２３９２号公報

ところが、この従来のものでは、蒸発温度センサが断線したり接続不良となってしまうと、霜が溶けた後でも除霜運転の開始から予め定めた所定時間まで除霜運転を継続するため、ヒートポンプの加熱効率（ＣＯＰ）を悪化させる恐れがあった。

本発明は上記課題を解決するため、圧縮機と給湯熱交換器と減圧手段と空気熱交換器とを環状に接続したヒートポンプ回路と、前記空気熱交換器の蒸発温度から着霜状態を検知する蒸発温度センサと、この蒸発温度センサの異常時の前記空気熱交換器の除霜運転では、前記減圧手段を開いて前記圧縮機からの高温高圧冷媒を前記給湯熱交換器を介して前記空気熱交換器に導いて除霜運転を開始し、除霜運転の開始から所定時間が経過すると除霜運転を終了する除霜制御手段と、を備えたヒートポンプ給湯機において、前記給湯熱交換器の温度状態に応じて前記所定時間を補正する時間補正手段を設けた。

また、前記時間補正手段は、前記給湯熱交換器で加熱する水の設定温度、前記給湯熱交換器で加熱された水の温度、前記給湯熱交換器に流入する水の温度、前記圧縮機から吐出される高温高圧冷媒の温度、前記給湯熱交換器から流出する高圧冷媒の温度の何れか一つまたは複数に応じて前記所定時間を補正するようにした。

また、前記時間補正手段は、前記給湯熱交換器で加熱する水の設定温度、前記給湯熱交換器で加熱された水の温度、前記給湯熱交換器に流入する水の温度、前記圧縮機から吐出される高温高圧冷媒の温度、前記給湯熱交換器から流出する冷媒の温度が高い程、前記所定時間を短い時間になるように補正するようにした。

以上のように、本発明によれば、蒸発温度センサの異常時に、給湯熱交換器の温度状況に応じた適切な所定時間を設定するので、除霜運転の継続時間をむやみに長くすることがなくなりヒートポンプの加熱効率（ＣＯＰ）を向上できる。

本発明の一実施形態のヒートポンプ給湯機の概略構成図同一実施形態の作動を説明するためのフローチャート

次に、本発明の一実施形態のヒートポンプ給湯機を図面に基づいて説明する。
１は冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、２は圧縮された高温高圧の冷媒と湯水とを熱交換する給湯熱交換器、３は給湯熱交換器２で放熱した冷媒を減圧する減圧手段としての電子膨張弁、４は低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器、５は空気熱交換器４に外気を送風する送風手段、６は圧縮機１、給湯熱交換器２、電子膨張弁３、空気熱交換器４を冷媒配管７で環状に接続したヒートポンプ回路である。なお、このヒートポンプ回路６は、冷媒に二酸化炭素を用い、高圧側で超臨界状態となるように設計されているものである。

８は給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンク、９は貯湯タンク８下部に接続された給水管、１０は貯湯タンク８上部に接続された出湯管、１１は貯湯タンク８下部と給湯熱交換器２の入口側を接続する往き管、１２は給湯熱交換器２の出口側と貯湯タンク８上部を接続する戻り管、１３は往き管１１途中に設けられ貯湯タンク８下部から取り出した湯水を給湯熱交換器２へ循環させ貯湯タンク８上部へ戻す循環ポンプである。

１４は圧縮機１から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、１５は空気熱交換器４から流出した冷媒の温度を検出する蒸発温度センサ、１６は送風手段５の送風経路に設けられて外気温度を検出する外気温度センサ、１７は給湯熱交換器２に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、１８は給湯熱交換器２から流出する湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、１９は貯湯タンク８の側面上下に複数設けられ貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。

２０ははこのヒートポンプ給湯機の制御を行う制御手段で、予め作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。

２１は除霜制御手段で、蒸発温度センサ１５の検知温度や、圧縮機１の運転周波数や循環ポンプ１３の回転数等から空気熱交換器４の除霜の必要性の有無を判断するとともに、除霜が必要である場合に、循環ポンプ１３を停止または微小運転させ、かつ電子膨張弁３を除霜時開度まで開いたまま圧縮機１の作動を継続する除霜運転を行わせ、蒸発温度センサ１５が所定の除霜完了温度以上を検出するか、予め定めた所定時間が経過すると除霜運転を終了させるものである。

２２は給湯熱交換器２の温度状態に応じて所定時間を補正する時間補正手段で、ここでは、給湯熱交換器２で加熱する湯の沸き上げ設定温度と、入水温度センサ１７で検出する給湯熱交換器２へ流入する水の温度、の組合せに応じ、給湯熱交換器２の温度が高い程所定時間を短く補正するようにしている。

次に作動について説明を行うと、制御手段２０は沸き上げ運転要求を受けると、圧縮機１、送風手段５、循環ポンプ１３をそれぞれ所定の初期回転数で駆動し、電子膨張弁３を所定の初期開度に制御して沸き上げ運転を開始する。

運転開始からの時間のカウントが所定の立ち上げ時間（ここでは１０分間）を超えると、制御手段２０は、電子膨張弁３を吐出温度センサ１４の検出する吐出温度が沸き上げ設定温度に基づく温度に一致するように制御するとともに、循環ポンプ１３を沸き上げ温度センサ１８が沸き上げ設定温度に一致するように制御して沸き上げ運転を行う。

そして、沸き上げ運転の進行に伴い、空気熱交換器４には霜が着き、徐々に厚みを増して成長し、蒸発温度センサ１５の検出温度が予め設定された値を下回ると、あるいは、給湯熱交換器２で加熱する湯水の加熱能力が所望の加熱能力よりも一定値以上低下したことを循環ポンプ１３の回転数や圧縮機１の回転数、電流値の変化によって検知すると、除霜制御手段２１は空気熱交換器４の除霜運転が必要と判断し、循環ポンプ１３の運転を停止あるいは微小流量にするとともに、電子膨張弁３を最大開度まで開いて圧縮機１で高温高圧にした冷媒を給湯熱交換器２を通過させた後に減圧することなく空気熱交換器４へ導入して霜を溶かす除霜運転を開始する。

この除霜運転開始後の作動について図２に示すフローチャートに従って説明すると、ステップＳ１で除霜運転が開始されると、除霜制御手段２１は、ステップＳ２で蒸発温度センサ１５が断線、短絡等の異常がないかどうかを判別し、正常な温度範囲内の温度を検出していればステップＳ３へ進み、蒸発温度センサ１５が所定の除霜完了温度以上を検出しているかどうかを確認する。

そして、除霜が進行して空気熱交換器４の霜が溶けて蒸発温度センサ１５が検出する温度が所定の除霜完了温度を超えると、ステップＳ３でＹｅｓとなって次のステップＳ４へ移行し、除霜制御手段２１は除霜運転を終了し、循環ポンプ１３の運転を再開するとともに、電子膨張弁３を除霜運転の開始前の開度に戻して沸き上げ運転を再開する。

一方、除霜完了温度に到達するまではステップＳ３でＮｏとなってステップＳ５へ進み、除霜制御手段２１は、除霜運転の開始からの時間が所定時間（例えば１２分間）に達したか否かを判別し、所定時間に達すると次のステップＳ４へ移行して、強制的に除霜運転を終了し、沸き上げ運転を再開する。

ところで、前記ステップＳ２で蒸発温度センサ１５の異常を検出した場合は、ステップＳ６へ進み、時間補正手段２２は予め記憶した沸き上げ設定温度と補正値の関係および入水温度と補正値の関係（例えば表１に示す関係）に応じて、それまでの沸き上げ設定温度に応じた補正値と入水温度センサ１７で検出している入水温度に応じた補正値を加算して、所定時間の補正値を決定し、次のステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、時間補正手段２２はステップＳ６で決定した補正値を所定時間から減算して、給湯熱交換器２の温度状態に応じた所定時間を設定し、次のステップＳ８へ進む。例えば、沸き上げ設定温度が８５℃であると補正値は２分間、入水温度が８℃であると補正値は１分間、合計して３分間の補正値を初期の所定時間１２分間から減算して、９分間を除霜運転の新たな所定時間とする。

そして、除霜運転の開始からの時間がステップＳ７で設定した所定時間（ここでは９分間）に達すると、ステップＳ４へ移行して強制的に除霜運転を終了し、沸き上げ運転を再開する。

このように、蒸発温度センサ１５が異常状態となった際は、給湯熱交換器２の温度状態に応じ、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒が給湯熱交換器２の温度状態に応じて奪われる熱量を考慮した所定時間を設定し、除霜運転開始からの経過時間が所定時間に達すると除霜運転を終了するようにしているので、蒸発温度センサ１５の異常時にも除霜運転を行うことができ、給湯熱交換器２で奪われる熱量が少ないときは給湯熱交換器２の温度状態に応じた短時間の所定時間が設定され、霜が溶けた後に無駄に除霜運転が継続されることがなく、ヒートポンプの加熱効率（ＣＯＰ）の悪化を防止できる。

ここで、前記時間補正手段２２は、沸き上げ設定温度に代えて、沸き上げ温度センサ１８で検出する沸き上げ温度や、沸き上げ設定温度の高低に付随して変動する圧縮機から吐出される高温高圧冷媒の温度を用いるようにしてもよい。また、入水温度センサ１７で検出する温度に代えて貯湯タンク１の最下部の貯湯温度センサ１９で検出する給湯熱交換器２へ流入する水の温度や、給湯熱交換器２から流出する熱交換後の高圧冷媒の温度を用いるようにしてもよい。

なお、本発明は上記の一実施形態に限定されず、要旨を変更しない範囲で種々の改変が可能なもので、例えば、貯湯式のヒートポンプ給湯機ではなく、瞬間式のヒートポンプ給湯機に用いるようにしてもよい。

１圧縮機
２給湯熱交換器
３電子膨張弁（減圧手段）
４空気熱交換器
６ヒートポンプ回路
２１除霜制御手段
２２時間補正手段

Claims

圧縮機と給湯熱交換器と減圧手段と空気熱交換器とを環状に接続したヒートポンプ回路と、前記空気熱交換器の蒸発温度から着霜状態を検知する蒸発温度センサと、この蒸発温度センサの異常時の前記空気熱交換器の除霜運転では、前記減圧手段を開いて前記圧縮機からの高温高圧冷媒を前記給湯熱交換器を介して前記空気熱交換器に導いて除霜運転を開始し、除霜運転の開始から所定時間が経過すると除霜運転を終了する除霜制御手段と、を備えたヒートポンプ給湯機において、前記給湯熱交換器の温度状態に応じて前記所定時間を補正する時間補正手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記時間補正手段は、前記給湯熱交換器で加熱する水の設定温度、前記給湯熱交換器で加熱された水の温度、前記給湯熱交換器に流入する水の温度、前記圧縮機から吐出される高温高圧冷媒の温度、前記給湯熱交換器から流出する高圧冷媒の温度の何れか一つまたは複数に応じて前記所定時間を補正するように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。
前記時間補正手段は、前記給湯熱交換器で加熱する水の設定温度、前記給湯熱交換器で加熱された水の温度、前記給湯熱交換器に流入する水の温度、前記圧縮機から吐出される高温高圧冷媒の温度、前記給湯熱交換器から流出する冷媒の温度が高い程、前記所定時間を短い時間になるように補正するようにしたことを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ給湯機。