JP5802514B2 - Heat pump water heater - Google Patents
Heat pump water heater Download PDFInfo
- Publication number
- JP5802514B2 JP5802514B2 JP2011229339A JP2011229339A JP5802514B2 JP 5802514 B2 JP5802514 B2 JP 5802514B2 JP 2011229339 A JP2011229339 A JP 2011229339A JP 2011229339 A JP2011229339 A JP 2011229339A JP 5802514 B2 JP5802514 B2 JP 5802514B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- water
- pressure
- heat exchanger
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関する。 The present invention relates to a heat pump type water heater.
従来より、深夜電力等を利用してヒートポンプサイクルを駆動し、低温水を加熱して所望の温度の湯を貯湯タンクに貯える沸上げ機能を備えたヒートポンプ式給湯機が知られている。このようなヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクル内に設けられた水−冷媒熱交換器と貯湯タンクとを配管にて接続し、接続した配管内に貯湯タンク内の水を循環させている。そして、ヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器における貯湯タンクの水と冷凍サイクルの冷媒との熱交換によって沸上げを行っている。このようなヒートポンプ式給湯機には、オゾン層破壊係数がゼロでありかつ地球温暖化係数もフロン類に比べて格段に小さい二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍サイクル装置が提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a heat pump type water heater having a boiling function for driving a heat pump cycle using midnight power or the like and heating low temperature water to store hot water at a desired temperature in a hot water storage tank. In such a heat pump type hot water heater, a water-refrigerant heat exchanger provided in a heat pump cycle and a hot water storage tank are connected by piping, and water in the hot water storage tank is circulated in the connected piping. And the heat pump type hot water heater performs boiling by heat exchange between the water in the hot water storage tank and the refrigerant in the refrigeration cycle in the water-refrigerant heat exchanger. For such a heat pump type hot water heater, a refrigeration cycle apparatus has been proposed that uses carbon dioxide as a refrigerant, which has an ozone depletion coefficient of zero and a global warming coefficient that is much smaller than that of chlorofluorocarbons.
二酸化炭素のような臨界温度が低い冷媒を冷凍サイクル装置に用いる場合、高圧側では凝縮が生じず、臨界圧力以上で運転される超臨界サイクルとなる。しかし超臨界サイクルの運転では、外気温度などの外環境条件や、沸上目標温度、また水−冷媒熱交換器に流入する水の入水温度などの変化により、運転に最適となる高圧側と低圧側の冷媒充填量が異なるため、最適な冷媒充填量へと調整するために、運転に最適となる冷媒充填量が異なるため、緩衝用冷媒レシーバやアキュムレータといった冷媒量調整容器を冷凍サイクルに設け、冷媒量を調整する技術が開示されている(特許文献1)。 When a refrigerant having a low critical temperature such as carbon dioxide is used in the refrigeration cycle apparatus, condensation does not occur on the high pressure side, and the supercritical cycle is operated at a critical pressure or higher. However, in the operation of the supercritical cycle, the high pressure side and the low pressure that are optimal for operation depend on the external environment conditions such as the outside air temperature, the target boiling temperature, and the incoming water temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger. Because the refrigerant charge amount on the side is different, the refrigerant charge amount that is optimal for operation is different in order to adjust to the optimum refrigerant charge amount, so a refrigerant amount adjustment container such as a buffer refrigerant receiver and an accumulator is provided in the refrigeration cycle, A technique for adjusting the amount of refrigerant is disclosed (Patent Document 1).
上記特許文献1の技術の場合、液冷媒を貯蔵するために容量の大きい冷媒レシーバやアキュムレータといった冷媒量調整容器を冷凍サイクル内に設ける必要があるため、機器が大型化していた。 In the case of the technology disclosed in Patent Document 1, it is necessary to provide a refrigerant amount adjusting container such as a refrigerant receiver or accumulator having a large capacity in the refrigeration cycle in order to store the liquid refrigerant.
したがって、外気温度などの外環境条件や沸上目標温度、水−冷媒熱交換器に流入する水の入水温度などが変化して運転に最適となる冷媒量が変化しても、冷媒レシーバやアキュムレータといった冷媒量調整容器を用いる必要がなく、沸上運転を行うことができるヒートポンプ式給湯機が望まれるものと考える。 Therefore, even if the external environmental conditions such as the outside air temperature, the boiling target temperature, the incoming water temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger, etc. change and the amount of refrigerant optimal for operation changes, the refrigerant receiver and accumulator Therefore, it is considered that a heat pump type water heater capable of performing a boiling operation is desired.
本発明は、諸条件の変化により運転に最適となる冷媒充填量が変化しても、冷媒レシーバやアキュムレータなどの冷媒量調整容器を用いなくてもよく且つ、効率的な沸上運転を行うことのできるヒートポンプ式給湯機を提供することにある。 The present invention does not require the use of a refrigerant amount adjusting container such as a refrigerant receiver or an accumulator even if the refrigerant charge amount that is optimal for operation changes due to changes in various conditions, and performs efficient boiling operation. It is to provide a heat pump type hot water heater that can be used.
本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器と、この水−冷媒熱交換器から減圧弁を介して流入する低温低圧の冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、前記水−冷媒熱交換器から流出する冷媒と前記蒸発器から流出する冷媒を熱交換させる内部熱交換器とを備え、冷媒量調整手段を備えないヒートポンプ式給湯機において、前記水−冷媒熱交換器に流入する水の温度が上昇した際に、前記減圧弁を開き、前記圧縮機の回転数を上昇させる。
The present invention relates to a compressor that compresses a refrigerant, a water-refrigerant heat exchanger that heats water with a high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor, and an inflow from the water-refrigerant heat exchanger through a pressure reducing valve. An evaporator that exchanges heat between the low-temperature and low-pressure refrigerant to be returned to the compressor and an internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger and the refrigerant flowing out of the evaporator. In the heat pump type hot water heater provided with no refrigerant amount adjusting means, when the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger rises, the pressure reducing valve is opened to increase the rotational speed of the compressor.
本発明によれば、沸上運転に最適な高圧側圧力を維持して高効率な沸上運転を行え、また水−冷媒熱交換器へ流入する入水温度が上昇しても、低圧側である蒸発器へ冷媒を送り込めるため、冷媒レシーバやアキュムレータといった冷媒量調整手段が不必要となり、機器の小型化が図られたヒートポンプ式給湯機を提供することができる。 According to the present invention, a high-efficiency boiling operation can be performed while maintaining the optimum high-pressure side pressure for boiling operation, and even if the incoming water temperature flowing into the water-refrigerant heat exchanger rises, the low-pressure side is maintained. Since the refrigerant is sent to the evaporator, a refrigerant amount adjusting means such as a refrigerant receiver and an accumulator is unnecessary, and a heat pump type hot water heater in which the apparatus is miniaturized can be provided.
次に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器に流入する水の温度が上昇した際に、減圧弁の開度を調整して低圧側の冷媒量の減少を抑える機能を設けたものである。具体的には、高圧側の圧力を検出する検出装置を備え、外気温度、沸上目標温度、前記水−冷媒熱交換器へ流入する入水温度から算出される圧縮機吐出圧力目標値と高圧側圧力検出装置より検出される圧力値が同一となるように減圧弁の開度を調整する制御機能を設けたこと、および水−冷媒熱交換器に流入する水の温度が上昇した際に、高圧側から低圧側に冷媒を移動させるように減圧弁の開度を調整して、入水温度の上昇にともなう低圧側の冷媒保有量の減少を抑える機能を設けたものである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The heat pump type water heater of the present embodiment has a function of suppressing the decrease in the refrigerant amount on the low pressure side by adjusting the opening of the pressure reducing valve when the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger rises. Is. Specifically, a detection device for detecting the pressure on the high-pressure side is provided, and the compressor discharge pressure target value calculated from the outside air temperature, the boiling target temperature, and the incoming water temperature flowing into the water-refrigerant heat exchanger and the high-pressure side Provided a control function to adjust the opening of the pressure reducing valve so that the pressure values detected by the pressure detection device are the same, and when the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger rises, The opening of the pressure reducing valve is adjusted so as to move the refrigerant from the side to the low pressure side, and the function of suppressing the decrease in the amount of refrigerant held on the low pressure side as the incoming water temperature rises is provided.
以下では、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成について説明した後に、前記した機能について更に具体的に説明する。 Below, after demonstrating the whole structure of the heat pump type water heater which concerns on this embodiment, it demonstrates more specifically about an above described function.
図1に示すように、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニット1と貯湯タンクユニット2とを備えている。ちなみに、ヒートポンプユニット1と貯湯タンクユニット2とは、ヒートポンプ式給湯機が現場に配置される際に、接続配管3a,3bによって連結される構造となっている。 As shown in FIG. 1, the heat pump type water heater includes a heat pump unit 1 and a hot water storage tank unit 2. Incidentally, the heat pump unit 1 and the hot water storage tank unit 2 are structured to be connected by connecting pipes 3a and 3b when the heat pump hot water heater is arranged on the site.
前記ヒートポンプユニット1の冷凍サイクルは、圧縮機4と、水−冷媒熱交換器5と、内部熱交換器6と、減圧弁7と、蒸発器8と、送風ファン9と、ヒートポンプユニット制御部20と、で主に構成されている。そして、圧縮機4、水−冷媒熱交換器5、内部熱交換器6、減圧弁7、及び蒸発器8は、この順番で冷媒が循環するように配管で環状に連結されている。なお、本実施形態での冷媒としては、二酸化炭素が使用されている。そして、ヒートポンプユニット1では、圧縮機4より吐出される冷媒(二酸化炭素)の吐出圧力が臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを使用している。 The refrigeration cycle of the heat pump unit 1 includes a compressor 4, a water-refrigerant heat exchanger 5, an internal heat exchanger 6, a pressure reducing valve 7, an evaporator 8, a blower fan 9, and a heat pump unit control unit 20. And mainly consists of. The compressor 4, the water-refrigerant heat exchanger 5, the internal heat exchanger 6, the pressure reducing valve 7, and the evaporator 8 are annularly connected by piping so that the refrigerant circulates in this order. Note that carbon dioxide is used as the refrigerant in the present embodiment. The heat pump unit 1 uses a supercritical vapor compression heat pump cycle in which the discharge pressure of the refrigerant (carbon dioxide) discharged from the compressor 4 is equal to or higher than the critical pressure.
圧縮機4は、環状の回路から戻ってきた冷媒を圧縮すると共に、圧縮した高温高圧のガス冷媒(以下、ホットガスということがある)を再び環状の回路に送り出している。更に具体的には、蒸発器8から戻ってきた冷媒を圧縮して水−冷媒熱交換器5に向かって送り出している。 The compressor 4 compresses the refrigerant returned from the annular circuit, and sends out the compressed high-temperature and high-pressure gas refrigerant (hereinafter also referred to as hot gas) to the annular circuit again. More specifically, the refrigerant returned from the evaporator 8 is compressed and sent out toward the water-refrigerant heat exchanger 5.
圧縮機4は、容量制御が可能で、高温貯湯(例えば、90℃)を行う場合は、通常よりも速い回転速度(例えば3000〜4000回転/分)で運転する。また、通常の貯湯温度(例えば、65℃)で運転する場合は、比較的遅い回転速度(例えば2000〜3000回転/分)で運転する。また、圧縮機4は、PWM制御、電圧制御(例えばPAM制御)及びこれらの組み合わせ制御により、低速(例えば1000回転/分)から高速(例えば6000回転/分)まで回転速度の制御が行えるようになっている。 The capacity of the compressor 4 can be controlled, and when high-temperature hot water storage (for example, 90 ° C.) is performed, the compressor 4 is operated at a higher rotational speed (for example, 3000 to 4000 rotations / minute) than usual. Moreover, when driving | running by normal hot water storage temperature (for example, 65 degreeC), it drive | operates by a comparatively slow rotational speed (for example, 2000-3000 rotation / min). Further, the compressor 4 can control the rotation speed from a low speed (for example, 1000 rotations / minute) to a high speed (for example, 6000 rotations / minute) by PWM control, voltage control (for example, PAM control) and combination control thereof. It has become.
圧縮機4と次に説明する水−冷媒熱交換器5とを接続する配管には、圧縮機4寄りに、圧縮機4の高圧側冷媒圧力(圧縮機吐出冷媒圧力)を検出する圧力センサ15が設けられている。ちなみに、この配管は、水−冷媒熱交換器5で、次に説明する冷媒伝熱管2aの入口と接続されている。 A pressure sensor 15 for detecting the high-pressure side refrigerant pressure (compressor discharge refrigerant pressure) of the compressor 4 is disposed near the compressor 4 in a pipe connecting the compressor 4 and a water-refrigerant heat exchanger 5 described below. Is provided. Incidentally, this pipe is connected with the inlet of the refrigerant | coolant heat exchanger tube 2a demonstrated below with the water-refrigerant heat exchanger 5. FIG.
水−冷媒熱交換器5は、放熱器として機能するものであり、圧縮機4から吐出されたホットガスを流通させる冷媒伝熱管5aと、水を流通させる水伝熱管5bとを備えている。これらの冷媒伝熱管5a及び水伝熱管5bは、冷媒と水とが相互に熱交換するよう密着して設けられている。また水−冷媒熱交換器5は、冷媒と水とが相互に熱交換できる構造であれば、密着していない構造(例えば、水伝熱管5bの中に冷媒伝熱管5aを通す構造)でもよい。 The water-refrigerant heat exchanger 5 functions as a radiator and includes a refrigerant heat transfer tube 5a through which hot gas discharged from the compressor 4 circulates and a water heat transfer tube 5b through which water flows. These refrigerant heat transfer tubes 5a and water heat transfer tubes 5b are provided in close contact so that the refrigerant and water exchange heat with each other. The water-refrigerant heat exchanger 5 may have a structure that is not in close contact (for example, a structure in which the refrigerant heat transfer tube 5a is passed through the water heat transfer tube 5b) as long as the heat can be exchanged between the refrigerant and water. .
内部熱交換器6は、冷凍サイクル内の高圧側冷媒と低圧側冷媒間で熱交換を行う機能を有するものであり、水−冷媒熱交換器5から流出した高圧冷媒を流通させる冷媒伝熱管6aと、蒸発器8から流出した低圧冷媒を流通させる冷媒伝熱管6bとを備えている。これらの冷媒伝熱管6a及び冷媒伝熱管6bは、高圧側冷媒と低圧側冷媒とが相互に熱交換するように密着して設けられており、水−冷媒熱交換器5から流出した冷媒を、蒸発器8から流出した冷媒によって冷却することで、蒸発器8入口の冷媒乾き度を小さくする機能を有している。また逆に、蒸発器8より流出した冷媒を、水−冷媒熱交換器5より流出した冷媒によって加熱することで、圧縮機4が吸込む冷媒の温度を高くし、沸上運転時の性能を向上させる機能を有している。また内部熱交換器6は高圧側と低圧側の冷媒が熱交換できる構造であれば、密着していない構造(例えば、低圧側冷媒配管6bの中に高圧側冷媒配管6aを通す構造)でもよい。 The internal heat exchanger 6 has a function of exchanging heat between the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant in the refrigeration cycle, and the refrigerant heat transfer tube 6a through which the high-pressure refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger 5 is circulated. And a refrigerant heat transfer tube 6b for circulating the low-pressure refrigerant flowing out of the evaporator 8. These refrigerant heat transfer tubes 6a and refrigerant heat transfer tubes 6b are provided in close contact so that the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant exchange heat with each other, and the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger 5 is By cooling with the refrigerant flowing out of the evaporator 8, it has a function of reducing the dryness of the refrigerant at the inlet of the evaporator 8. Conversely, the refrigerant flowing out of the evaporator 8 is heated by the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger 5, thereby increasing the temperature of the refrigerant sucked by the compressor 4 and improving the performance during the boiling operation. It has a function to make it. Further, the internal heat exchanger 6 may have a structure in which the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant can exchange heat (for example, a structure in which the high-pressure side refrigerant pipe 6a is passed through the low-pressure side refrigerant pipe 6b). .
減圧弁7は、内部熱交換器6と蒸発器8との間に配置される配管の途中に設けられており、電動減圧弁が使用されている。この減圧弁7は、内部熱交換器6からの高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低温低圧の冷媒として蒸発器8に送り出している。そして、減圧弁7は、絞り開度(開閉度合い)が調節可能となっており、ヒートポンプユニット制御部19がこの絞り開度を変えてヒートポンプユニット1での高圧側圧力を調節することができる。この機能を使用して、ヒートポンプユニット制御部19は、後記するように、減圧弁7の絞り開度を変えることで、圧縮機4の吐出冷媒圧力を調節することとなる。 The pressure reducing valve 7 is provided in the middle of a pipe disposed between the internal heat exchanger 6 and the evaporator 8, and an electric pressure reducing valve is used. The pressure reducing valve 7 decompresses the high-pressure refrigerant from the internal heat exchanger 6 and sends it to the evaporator 8 as a low-temperature and low-pressure refrigerant that easily evaporates. The pressure reducing valve 7 can adjust the throttle opening (opening / closing degree), and the heat pump unit controller 19 can change the throttle opening to adjust the high-pressure side pressure in the heat pump unit 1. Using this function, the heat pump unit controller 19 adjusts the refrigerant discharge pressure of the compressor 4 by changing the throttle opening of the pressure reducing valve 7 as will be described later.
なお、減圧弁7は、蒸発器8に着霜した場合に、絞り開度を全開にしてデフロストを行うようにも働く。 Note that when the evaporator 8 is frosted, the pressure reducing valve 7 also functions to perform defrosting with the throttle opening fully opened.
蒸発器8は、送風ファン9の回転によって外気を取り入れた空気(送風)と、蒸発器8内を流通する低温低圧の冷媒との熱交換を行って、外気から熱を汲み上げるものである。そして、冷媒は、この蒸発器8から内部熱交換器6を介して圧縮機4に戻されることとなる。 The evaporator 8 performs heat exchange between air (air blowing) that has taken in outside air by rotation of the blower fan 9 and low-temperature and low-pressure refrigerant that circulates in the evaporator 8, and pumps up heat from the outside air. Then, the refrigerant is returned from the evaporator 8 to the compressor 4 through the internal heat exchanger 6.
符号18は、外気温度を検出する温度センサであり、本実施形態での外気温度センサ18は、蒸発器8に流入する空気の温度を検出するように、送風ファン9が形成する空気流の上流側に配置されている。なお、ヒートポンプ制御部19は、後記するように、この外気温度センサ18の検出する温度を参照要素の一つとして、圧縮機4の目標吐出冷媒圧力値を算出することとなる。 Reference numeral 18 is a temperature sensor that detects the outside air temperature, and the outside air temperature sensor 18 in this embodiment is upstream of the air flow formed by the blower fan 9 so as to detect the temperature of the air flowing into the evaporator 8. Arranged on the side. As will be described later, the heat pump control unit 19 calculates the target discharge refrigerant pressure value of the compressor 4 using the temperature detected by the outside air temperature sensor 18 as one of reference elements.
符号21aは、水送出配管であり、送出配管21aは、前記冷媒で加熱される水を水−冷媒熱交換器5に送り出すものである。送出配管21aの一端は、水−冷媒熱交換器5の水伝熱管5bの入口に接続されている。この送出配管21aは、前記した接続配管3a及び後記の配管13bを介して後記する貯湯タンク11の底部側と接続されることとなる。 Reference numeral 21 a is a water delivery pipe, and the delivery pipe 21 a sends water heated by the refrigerant to the water-refrigerant heat exchanger 5. One end of the delivery pipe 21 a is connected to the inlet of the water heat transfer pipe 5 b of the water-refrigerant heat exchanger 5. The delivery pipe 21a is connected to the bottom side of the hot water storage tank 11 to be described later through the connection pipe 3a and the pipe 13b to be described later.
この送出配管21aには、循環ポンプ12が、水−冷媒熱交換器5の上流側に配置されている。なお、本実施形態での循環ポンプ12は、貯湯タンク11の水を水伝熱管5bの入口側に送り込むように駆動する。この循環ポンプ12は、後記する水循環路で水を循環させるように機能し、水循環装置としての役割を果たす。ちなみに、循環ポンプ12は、ヒートポンプユニット制御部19によって、循環路内での水の流量(質量流量)、流速及び圧力が自由に選択できるように構成されている。 In this delivery pipe 21 a, the circulation pump 12 is disposed on the upstream side of the water-refrigerant heat exchanger 5. In addition, the circulation pump 12 in this embodiment drives so that the water of the hot water storage tank 11 may be sent into the inlet side of the water heat exchanger tube 5b. The circulation pump 12 functions to circulate water in a water circulation path to be described later, and serves as a water circulation device. Incidentally, the circulation pump 12 is configured so that the heat pump unit controller 19 can freely select the flow rate (mass flow rate), flow rate, and pressure of water in the circulation path.
また、送出配管21aの水−冷媒熱交換器5寄りには、熱交換器入口水温度センサ16が設けられている。この熱交換器入口水温度センサ16は、水−冷媒熱交換器5の入口で水の温度を検出するものである。なお、ヒートポンプ制御部19は、後記するように、この熱交換器入口水温度センサ16の検出する温度を参照要素の一つとして、圧縮機4の目標吐出冷媒圧力値を算出することとなる。 A heat exchanger inlet water temperature sensor 16 is provided near the water-refrigerant heat exchanger 5 of the delivery pipe 21a. The heat exchanger inlet water temperature sensor 16 detects the temperature of water at the inlet of the water-refrigerant heat exchanger 5. As will be described later, the heat pump control unit 19 calculates the target discharge refrigerant pressure value of the compressor 4 using the temperature detected by the heat exchanger inlet water temperature sensor 16 as one of the reference elements.
符号21bは、水戻し配管であり、戻し配管21bの一端は、水−冷媒熱交換器5の水伝熱管5bの出口に接続されている。この戻し配管21bは、冷媒で加熱された水(湯)を水−冷媒熱交換器5から貯湯タンク11に戻すものである。戻し配管21bの水−冷媒熱交換器5寄りには、水−冷媒熱交換器5の出口水温度を検出する熱交換器出口水温度センサ17が設けられている。この戻し配管21bは、前記した接続配管3b及び後記の配管14bを介して貯湯タンク11の塔頂部側と接続されることとなる。 Reference numeral 21 b is a water return pipe, and one end of the return pipe 21 b is connected to the outlet of the water heat transfer pipe 5 b of the water-refrigerant heat exchanger 5. The return pipe 21 b returns water (hot water) heated by the refrigerant from the water-refrigerant heat exchanger 5 to the hot water storage tank 11. A heat exchanger outlet water temperature sensor 17 that detects the outlet water temperature of the water-refrigerant heat exchanger 5 is provided near the water-refrigerant heat exchanger 5 in the return pipe 21b. The return pipe 21b is connected to the tower top side of the hot water storage tank 11 through the connection pipe 3b and the pipe 14b described later.
次に、このようなヒートポンプユニット1と共にヒートポンプ式給湯機を構成する貯湯タンクユニット2について説明する。 Next, the hot water storage tank unit 2 which comprises a heat pump type hot water heater with such a heat pump unit 1 is demonstrated.
タンクユニット2は、水(湯)を貯蔵する貯湯タンク11を備えている。 The tank unit 2 includes a hot water storage tank 11 for storing water (hot water).
この貯湯タンク11の塔頂部には、前記したように、水−冷媒熱交換器5における水伝熱管5bの出口から送り出される水(湯)が、配管14bを介して流れ込むようになっている。そして、この貯湯タンク11の底部からは、前記したように、配管13bを介して、水−冷媒熱交換器5の水伝熱管5bの入口に水が流れ込むようになっている。 As described above, water (hot water) fed from the outlet of the water heat transfer pipe 5b in the water-refrigerant heat exchanger 5 flows into the tower top of the hot water storage tank 11 via the pipe 14b. From the bottom of the hot water storage tank 11, water flows into the inlet of the water heat transfer pipe 5b of the water-refrigerant heat exchanger 5 through the pipe 13b as described above.
つまり、水−冷媒熱交換器5から貯湯タンク11に湯を送り出すと共に、貯湯タンク11の水を水−冷媒熱交換器5に送り出すように、配管13a,3a,21a,21b,3b,14bが、水−冷媒熱交換器5と貯湯タンク11とを接続することで、水(湯)の水循環路を形成している。 That is, the pipes 13a, 3a, 21a, 21b, 3b, and 14b are provided so that hot water is sent from the water-refrigerant heat exchanger 5 to the hot water storage tank 11 and water in the hot water storage tank 11 is sent to the water-refrigerant heat exchanger 5. The water-refrigerant heat exchanger 5 and the hot water storage tank 11 are connected to form a water (hot water) water circulation path.
また、貯湯タンク11の底部には給水配管13aを介して水道等の給水源(図示省略)が接続され、貯湯タンク11の塔頂部には、貯湯タンク11内の湯を導出して所定の給湯栓(図示省略)に給湯する給湯配管14aが接続されている。なお、図示しないが、給水配管13aから分岐すると共に、所定の湯水混合弁を介して給湯配管14aに合流するように分岐配管を設ける構成とすることもできる。このような分岐配管によれば、湯水混合弁の開口度合いに応じて、給水配管13aから給湯配管14aに流れ込む水の量を調節することで、前記した給湯栓から出る湯の温度を調節することができる。 Further, a water supply source (not shown) such as a water supply is connected to the bottom of the hot water storage tank 11 via a water supply pipe 13a, and hot water in the hot water storage tank 11 is led out to the top of the hot water storage tank 11 to give a predetermined hot water supply. A hot water supply pipe 14a for supplying hot water to a stopper (not shown) is connected. Although not shown, a branch pipe may be provided so as to branch from the water supply pipe 13a and to join the hot water supply pipe 14a via a predetermined hot water mixing valve. According to such a branch pipe, by adjusting the amount of water flowing from the water supply pipe 13a to the hot water supply pipe 14a according to the degree of opening of the hot water / water mixing valve, the temperature of the hot water coming out of the hot water tap is adjusted. Can do.
ヒートポンプユニット制御部19は、CPU、ROM、RAM、各種インターフェイス、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、本実施形態に係るヒートポンプユニット1を総合的に制御するようになっている。 The heat pump unit controller 19 includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like, and comprehensively controls the heat pump unit 1 according to the present embodiment in accordance with a program stored therein. It is like that.
また、ヒートポンプユニット制御部19は、圧縮機4の回転速度を熱交換器出口水温度センサ17で検出される水−冷媒熱交換器5の出口水温度に基づいて制御する。具体的には、ヒートポンプユニット制御部19は、熱交換器出口水温度センサ17で検出される温度が、予め設定された出口水温度の目標値(目標温水温度)となるように、圧縮機4の回転速度を制御する。つまり、目標値に対して熱交換器出口水温度センサ17の検出温度(計測値)が低い場合には圧縮機4の回転速度を速め、これとは逆に検出温度(計測値)が高い場合には圧縮機4の回転速度を遅くする。 The heat pump unit controller 19 controls the rotational speed of the compressor 4 based on the outlet water temperature of the water-refrigerant heat exchanger 5 detected by the heat exchanger outlet water temperature sensor 17. Specifically, the heat pump unit control unit 19 sets the compressor 4 so that the temperature detected by the heat exchanger outlet water temperature sensor 17 becomes a preset outlet water temperature target value (target hot water temperature). To control the rotation speed. That is, when the detected temperature (measured value) of the heat exchanger outlet water temperature sensor 17 is lower than the target value, the rotational speed of the compressor 4 is increased, and conversely, the detected temperature (measured value) is high. For this, the rotational speed of the compressor 4 is slowed down.
また、ヒートポンプユニット制御部19は、循環ポンプ12が水−冷媒熱交換器5の水伝熱管5bに送り込む水の量を、予め求めた圧縮機4の目標回転速度に基づいて制御する。具体的には、圧縮機4の目標回転速度に対して実回転速度が遅い場合には、水伝熱管5bに送り込まれる水の量が増えるように循環ポンプ12を制御し、これとは逆に圧縮機4の実回転速度が速い場合には、水伝熱管5bに送り込まれる水の量が減るように循環ポンプ12を制御する。 Further, the heat pump unit control unit 19 controls the amount of water that the circulation pump 12 sends to the water heat transfer pipe 5 b of the water-refrigerant heat exchanger 5 based on the target rotational speed of the compressor 4 that is obtained in advance. Specifically, when the actual rotational speed is slower than the target rotational speed of the compressor 4, the circulation pump 12 is controlled so that the amount of water fed into the water heat transfer pipe 5b is increased. When the actual rotational speed of the compressor 4 is fast, the circulation pump 12 is controlled so that the amount of water fed into the water heat transfer pipe 5b is reduced.
そして、ヒートポンプユニット制御部19は、後に詳しく説明するように、圧力センサ15により検出される圧縮機4の吐出冷媒圧力が、外気温度と水−冷媒熱交換器5の水入口温度、および水−冷媒熱交換器5の出口水温度に対する目標温水温度より算出される目標吐出冷媒圧力値と一致するように減圧弁7の開度を制御する。つまり、目標値に対して圧力センサ15の検出圧力(計測値)が低い場合には減圧弁7の開度を小さくし、これとは逆に検出圧力(計測値)が高い場合には減圧弁7の開度を大きくする。 Then, as will be described in detail later, the heat pump unit control unit 19 determines that the discharge refrigerant pressure of the compressor 4 detected by the pressure sensor 15 is the outside air temperature, the water inlet temperature of the water-refrigerant heat exchanger 5, and the water- The opening degree of the pressure reducing valve 7 is controlled so as to coincide with the target discharge refrigerant pressure value calculated from the target hot water temperature with respect to the outlet water temperature of the refrigerant heat exchanger 5. That is, when the detected pressure (measured value) of the pressure sensor 15 is lower than the target value, the opening degree of the pressure reducing valve 7 is decreased. On the contrary, when the detected pressure (measured value) is high, the pressure reducing valve 7 Increase the opening of 7.
貯湯タンクユニット制御部20は、CPU、ROM、RAM、各種インターフェイス、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機を総合的に制御するようになっており、ヒートポンプ式給湯機のユーザーとのインターフェースとなるリモコン(図示省略)からの情報や、貯湯タンク11に設けた温度センサ(図示省略)から得られる貯湯タンク11内の残湯量の情報などから、沸き上げる目標温水温度と沸上開始時間を算出し、ヒートポンプユニット制御部19に対して沸上運転開始指令の発報や、目標温水温度の伝達を行う。 The hot water tank unit control unit 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like. The heat pump hot water heater according to the present embodiment is comprehensively configured according to a program stored therein. The information stored in the hot water storage tank 11 is obtained from information from a remote controller (not shown) serving as an interface with the user of the heat pump water heater, or from a temperature sensor (not shown) provided in the hot water storage tank 11. The target hot water temperature to be boiled up and the boiling start time are calculated from information on the amount of hot water, etc., and a heating operation start command is issued to the heat pump unit controller 19 and the target hot water temperature is transmitted.
次に、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の動作について説明する。 Next, the operation of the heat pump type water heater according to the present embodiment will be described.
このヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンク11内に所定の温度で所定の湯量を確保するのに先立って、貯湯タンク11を満たすように水が供給される。この際、貯湯タンク11には、残存する湯に加えられるように、図示しない給水源から給水配管13aを介して水が加えられる。もちろん貯湯タンク11が空の場合には、その全てが水で満たされる。 In this heat pump type hot water supply apparatus, water is supplied to fill the hot water storage tank 11 prior to securing a predetermined amount of hot water at a predetermined temperature in the hot water storage tank 11. At this time, water is added to the hot water storage tank 11 from a water supply source (not shown) via a water supply pipe 13a so as to be added to the remaining hot water. Of course, when the hot water storage tank 11 is empty, all of it is filled with water.
以下では、貯湯タンク11に残存する湯と新たに加えられた水とを一緒にして単に「水」ということがある。 Hereinafter, the hot water remaining in the hot water storage tank 11 and the newly added water may be simply referred to as “water”.
そして、ヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンク11が水で満たされてから、貯湯運転工程を実施する。 And a heat pump type hot water heater implements a hot water storage operation process after the hot water storage tank 11 is filled with water.
ヒートポンプ式給湯機は、起動した圧縮機4が吐出するホットガス(高温高圧の冷媒)を水−冷媒熱交換器5(放熱器)の冷媒伝熱管5aに送り込む。冷媒伝熱管5aに送り込まれたホットガスは、水伝熱管5b内の水に熱を放出する。そして、水伝熱管5b内の水はホットガスで加熱される。 The heat pump type water heater supplies hot gas (high-temperature and high-pressure refrigerant) discharged from the started compressor 4 to the refrigerant heat transfer tube 5a of the water-refrigerant heat exchanger 5 (heat radiator). The hot gas sent to the refrigerant heat transfer tube 5a releases heat to the water in the water heat transfer tube 5b. And the water in the water heat exchanger tube 5b is heated with hot gas.
次いで、水−冷媒熱交換器5(放熱器)の冷媒伝熱管5aから送り出された冷媒は、内部熱交換器6において、低圧側の冷媒へと更なる放熱を行った後、減圧弁7(減圧弁)で減圧された後に、蒸発器8に流れ込む。そして、流れ込んだ低温低圧の冷媒は、送風ファン9から送り込まれた風によって蒸発する際に外気から熱を汲み上げる。その後、冷媒は、内部熱交換器6において、高圧側の冷媒から更なる吸熱を行った後、圧縮機4に戻って再び圧縮される。 Next, the refrigerant sent out from the refrigerant heat transfer tube 5a of the water-refrigerant heat exchanger 5 (radiator) further radiates heat to the low-pressure side refrigerant in the internal heat exchanger 6, and then the pressure reducing valve 7 ( After being depressurized by the pressure reducing valve, it flows into the evaporator 8. The low-temperature and low-pressure refrigerant that has flowed in draws heat from the outside air when it is evaporated by the wind sent from the blower fan 9. Thereafter, the refrigerant further absorbs heat from the high-pressure side refrigerant in the internal heat exchanger 6 and then returns to the compressor 4 to be compressed again.
その一方で、貯湯タンク11に満たされた水は、循環ポンプ12が起動することで、送出配管21aを介して水−冷媒熱交換器5の水伝熱管5b内に送り込まれる。そして、送り込まれた水は、前記したように、冷媒に加熱されて湯となって、戻し配管21bに流れ込む。 On the other hand, the water filled in the hot water storage tank 11 is sent into the water heat transfer pipe 5b of the water-refrigerant heat exchanger 5 through the delivery pipe 21a when the circulation pump 12 is activated. Then, as described above, the fed-in water is heated by the refrigerant to become hot water and flows into the return pipe 21b.
戻し配管21bに流れ込んだ湯は、貯湯タンク11に戻って貯蔵される。このように貯湯タンク11と水−冷媒熱交換器5との間で水が循環する間に、ヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンク11内に所定の温度で所定の湯量を確保する。 The hot water flowing into the return pipe 21b returns to the hot water storage tank 11 and is stored. Thus, while water circulates between the hot water storage tank 11 and the water-refrigerant heat exchanger 5, the heat pump hot water heater secures a predetermined amount of hot water at a predetermined temperature in the hot water storage tank 11.
そして、ヒートポンプ式給湯機がこのように水の沸上げ運転を行う際に、ヒートポンプユニット制御部19は、圧縮機4及び減圧弁7を次のよう制御する。次に参照する図2は、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の沸上げ運転時に、制御部が減圧弁及び圧縮機を制御する手順を説明するためのフローチャートである。 And when a heat pump type water heater performs the boiling operation of water in this way, the heat pump unit control part 19 controls the compressor 4 and the pressure-reduction valve 7 as follows. Next, FIG. 2 to be referred to is a flowchart for explaining a procedure in which the control unit controls the pressure reducing valve and the compressor during the boiling operation of the heat pump type hot water heater according to the present embodiment.
貯湯タンクユニット制御部20において、目標温水温度(例えば、前記した90℃又は65℃)の設定がなされ、ヒートポンプユニット制御部19に対して運転開始指令が発報される。この際、目標温水温度は、給水配管13aから貯湯タンク11へ送り込まれた水の温度、外気温度センサ18の検出温度(外気温度)、貯湯タンク11内の残湯量、1日のユーザーによる湯の使用量、及びリモコンによりユーザーから要求される要求値から選ばれる少なくとも1つに基づいて設定することができる。 In the hot water storage tank unit control unit 20, a target hot water temperature (for example, the above-described 90 ° C. or 65 ° C.) is set, and an operation start command is issued to the heat pump unit control unit 19. At this time, the target hot water temperature includes the temperature of the water sent from the water supply pipe 13a to the hot water storage tank 11, the detected temperature of the outdoor air temperature sensor 18 (the outdoor air temperature), the amount of remaining hot water in the hot water storage tank 11, and the amount of hot water by the user per day. It can be set based on the usage amount and at least one selected from a request value requested by the user from the remote controller.
運転開始指令を受けたヒートポンプユニット制御部19では、ヒートポンプユニットの沸上運転を開始する。指令を受けたヒートポンプユニット制御部19は、図2に示すように、圧縮機4、ファンモータ10、水循環ポンプ12、減圧弁7を初期値で起動した後、目標温水温度と目標吐出冷媒圧力を設定する(ステップS1)。 The heat pump unit control unit 19 that has received the operation start command starts the boiling operation of the heat pump unit. As shown in FIG. 2, the heat pump unit controller 19 having received the command starts the compressor 4, the fan motor 10, the water circulation pump 12, and the pressure reducing valve 7 with initial values, and then sets the target hot water temperature and the target discharge refrigerant pressure. Set (step S1).
目標吐出冷媒圧力は、熱交換器入口水温度センサ16の検出温度(水−冷媒熱交換器5の水伝熱管5bに送り込まれる水の温度(入口水温度))、前記した目標温水温度、及び外気温度センサ18の検出温度(外気温度)から選ばれる少なくとも1つに基づいて設定することができる。 The target discharge refrigerant pressure is the detected temperature of the heat exchanger inlet water temperature sensor 16 (the temperature of the water sent to the water heat transfer pipe 5b of the water-refrigerant heat exchanger 5 (inlet water temperature)), the aforementioned target hot water temperature, and It can be set based on at least one selected from the detection temperature (outside temperature) of the outside temperature sensor 18.
次に、ヒートポンプユニット制御部19は、圧力センサ15にて圧縮機4の吐出冷媒圧力を検出すると共に(ステップS2)、この吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力と等しいか否か(冷媒圧力=目標圧力か)を判断する(ステップS3)。そして、吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力と等しいと判断した場合には(ステップS3のYes)次のステップS5に進み、吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力に等しくないと判断した場合には(ステップS3のNo)、吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力と等しくなるように減圧弁7(図1参照)の開度を修正した後に(ステップS4)、次のステップS5に進む。 Next, the heat pump unit control unit 19 detects the discharge refrigerant pressure of the compressor 4 with the pressure sensor 15 (step S2), and whether or not the discharge refrigerant pressure is equal to the target discharge refrigerant pressure (refrigerant pressure = target). Pressure) is determined (step S3). When it is determined that the discharge refrigerant pressure is equal to the target discharge refrigerant pressure (Yes in step S3), the process proceeds to the next step S5, and when it is determined that the discharge refrigerant pressure is not equal to the target discharge refrigerant pressure (step After the opening degree of the pressure reducing valve 7 (see FIG. 1) is corrected so that the discharge refrigerant pressure becomes equal to the target discharge refrigerant pressure (step S4), the process proceeds to the next step S5.
ヒートポンプユニット制御部19は、ステップS5において、熱交換器出口水温度センサ17にて水−冷媒熱交換器5の出口水温度を検出すると共に(ステップS6)、この出口水温度が前記した目標温水温度と等しいか否か(出口水温度=目標温水温度か)を判断する(ステップS6)。そして、出口水温度が目標温水温度と等しいと判断した場合には(ステップS6のYes)次のステップS8に進み、出口水温度が目標温水温度と等しくないと判断した場合には(ステップS6のNo)、出口水温度が目標温水温度と等しくなるように圧縮機4の回転速度の修正した後に(ステップS7)、次のステップS8に進む。 In step S5, the heat pump unit controller 19 detects the outlet water temperature of the water-refrigerant heat exchanger 5 with the heat exchanger outlet water temperature sensor 17 (step S6), and this outlet water temperature is the target hot water described above. It is determined whether or not it is equal to the temperature (exit water temperature = target hot water temperature) (step S6). When it is determined that the outlet water temperature is equal to the target hot water temperature (Yes in step S6), the process proceeds to the next step S8, and when it is determined that the outlet water temperature is not equal to the target hot water temperature (in step S6). No), after correcting the rotational speed of the compressor 4 so that the outlet water temperature becomes equal to the target hot water temperature (step S7), the process proceeds to the next step S8.
その後、ヒートポンプユニット制御部19は、運転指令が継続しているか否かを判断すると共に、継続していると判断した場合(ステップS8のYes)にはステップS1に戻る。そして、継続していないと判断した場合には(ステップS8のNo)、ヒートポンプユニット1は、運転を停止して所定の沸上げ運転が終了する。 Thereafter, the heat pump unit control unit 19 determines whether or not the operation command is continued, and returns to step S1 when determining that the operation command is continued (Yes in step S8). And when it is judged that it is not continuing (No of step S8), the heat pump unit 1 stops an operation | movement and a predetermined boiling operation is complete | finished.
なお、水−冷媒熱交換器を流れる水の入水温度が上昇、あるいは低外気温時に目標温水温度が高い値に設定される場合には、圧縮機からの吐出冷媒圧力、および吐出冷媒温度が許容上限値近傍まで上昇することがある。この場合には、減圧弁を制御して開度を大きくする、ないしは循環ポンプを制御して水−冷媒熱交換器を流れる水の量を減少させるように圧縮機4の目標回転速度を設定することにより、吐出冷媒圧力と吐出冷媒温度が、あらかじめ設定した圧縮機回転数と許容上限圧力の関係と検出した圧縮機の回転速度から算出される許容上限圧力、および許容上限温度を超過することを回避する。 If the incoming water temperature of the water flowing through the water-refrigerant heat exchanger rises or the target hot water temperature is set to a high value at a low outside air temperature, the discharge refrigerant pressure from the compressor and the discharge refrigerant temperature are acceptable. May rise to near the upper limit. In this case, the target rotational speed of the compressor 4 is set so as to increase the opening degree by controlling the pressure reducing valve, or to control the circulation pump to reduce the amount of water flowing through the water-refrigerant heat exchanger. Therefore, the discharge refrigerant pressure and the discharge refrigerant temperature exceed the allowable upper limit pressure calculated from the preset relationship between the compressor speed and the allowable upper limit pressure and the detected compressor rotation speed, and the allowable upper limit temperature. To avoid.
以上のような本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機によれば、次のような作用効果を奏することができる。 According to the heat pump type water heater according to the embodiment of the present invention as described above, the following operational effects can be achieved.
目標吐出冷媒圧力は、水−冷媒熱交換器5に流入する水の温度、目標温水温度、及び外気温度に基づいて、ヒートポンプユニットの成績係数(以下COPと称す)が最大となる圧力に設定される。図3に、入口水温度が9℃、目標温水温度が65℃、外気温度が7℃(湿球温度は6℃)のときの、吐出冷媒圧力とCOPの関係を示す。同じ容量で、入口水温度、目標温水温度、外気温度が異なる場合に対して、COPが最大となる吐出冷媒圧力を目標吐出冷媒圧力として予め設定しておく。沸上運転時には、検出される吐出冷媒圧力が、図3に示す目標吐出冷媒圧力を中心にした圧力範囲A内となるように、減圧弁7の開度を制御することにより、ヒートポンプユニットを、ほぼ最大の性能で運転することが可能となる。 The target discharge refrigerant pressure is set to a pressure at which the coefficient of performance (hereinafter referred to as COP) of the heat pump unit is maximized based on the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger 5, the target hot water temperature, and the outside air temperature. The FIG. 3 shows the relationship between the discharge refrigerant pressure and the COP when the inlet water temperature is 9 ° C., the target hot water temperature is 65 ° C., and the outside air temperature is 7 ° C. (wet bulb temperature is 6 ° C.). The discharge refrigerant pressure that maximizes the COP is set in advance as the target discharge refrigerant pressure when the inlet water temperature, the target hot water temperature, and the outside air temperature are different with the same capacity. During the boiling operation, the heat pump unit is controlled by controlling the opening of the pressure reducing valve 7 so that the detected discharge refrigerant pressure is within the pressure range A centering on the target discharge refrigerant pressure shown in FIG. It is possible to drive with almost maximum performance.
なお、アキュムレータなどの冷媒量調整手段を用いた場合と比較すると、本実施形態では、図3に示すように、COPが最大となる吐出冷媒圧力が低下し、かつ最大となるCOPの値が向上する。内部熱交換器により、蒸発器から流出した冷媒が、水−冷媒熱交換器から流出した冷媒により加熱されることで、圧縮機に流入する冷媒の温度が高くなり、吐出冷媒圧力が低くても圧縮機から吐出される冷媒の温度を高くできるためである。また、COPが最大となる吐出冷媒圧力近傍の圧力範囲Aでは、本実施形態により、COPに対する吐出冷媒圧力の感度を緩和することができる(即ち、COPに対する吐出冷媒圧力のピークを緩やかにすることができる)。したがって、内部熱交換器を備え、かつ吐出冷媒圧力を目標値とした制御方式により、ヒートポンプユニットをほぼ最大の性能で安定して運転することが可能となる。 Compared with the case where the refrigerant amount adjusting means such as an accumulator is used, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the discharge refrigerant pressure at which the COP becomes maximum decreases, and the COP value at which the maximum COP increases. To do. Even if the refrigerant flowing out of the evaporator is heated by the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger by the internal heat exchanger, the temperature of the refrigerant flowing into the compressor becomes high and the discharge refrigerant pressure is low. This is because the temperature of the refrigerant discharged from the compressor can be increased. Further, in the pressure range A in the vicinity of the discharge refrigerant pressure at which the COP is maximum, the sensitivity of the discharge refrigerant pressure with respect to the COP can be relaxed according to this embodiment (that is, the peak of the discharge refrigerant pressure with respect to the COP can be made gentle). Can do). Therefore, the heat pump unit can be stably operated with almost maximum performance by the control method including the internal heat exchanger and the discharge refrigerant pressure as a target value.
水−冷媒熱交換器5に流入する水の温度が上昇した場合についても同様にして、各入水温度に対してCOPが最大となる吐出冷媒圧力の関係から、目標吐出冷媒圧力設定値が決定される。図4に、入水温度と目標吐出冷媒圧力、およびCOPの関係を、目標温水温度が高い場合を例にして示す。本実施形態では、冷媒レシーバやアキュムレータといった冷媒量調整手段の代わりに、水−冷媒熱交換器から流出した冷媒と蒸発器から流出した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設置することにより、前記冷媒量調整手段を設けた場合よりも目標吐出冷媒圧力を低い値に設定することができる。また、沸き上げ運転時間の多くを占める入水が低い場合には、COPを高くすることができるため、より少ない消費電力量でかつ安定した沸上げ運転を行うことができる。 Similarly, when the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger 5 rises, the target discharge refrigerant pressure set value is determined from the relationship of the discharge refrigerant pressure at which the COP becomes maximum with respect to each incoming water temperature. The FIG. 4 shows, as an example, the relationship between the incoming water temperature, the target discharge refrigerant pressure, and the COP when the target hot water temperature is high. In this embodiment, instead of the refrigerant amount adjusting means such as the refrigerant receiver and the accumulator, by installing an internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger and the refrigerant flowing out of the evaporator, The target discharge refrigerant pressure can be set to a lower value than when the refrigerant amount adjusting means is provided. In addition, when the amount of water that occupies most of the boiling operation time is low, the COP can be increased, so that a stable boiling operation can be performed with less power consumption.
入水温度の上昇に伴い、水−冷媒熱交換器5から流出する冷媒の温度が上昇し、内部熱交換器を設けていない場合には、蒸発器に流入する冷媒の乾き度が減少するため、蒸発器で保有できる冷媒量が減少し、ついには冷媒充填量と冷媒が占める内容積との関係を満足するように、特に高圧側の圧力が大きく上昇する。 As the incoming water temperature rises, the temperature of the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger 5 rises, and when the internal heat exchanger is not provided, the dryness of the refrigerant flowing into the evaporator decreases. The amount of refrigerant that can be held in the evaporator decreases, and the pressure on the high-pressure side in particular increases greatly so that the relationship between the refrigerant charge amount and the internal volume occupied by the refrigerant is satisfied.
冷媒レシーバやアキュムレータなどの冷媒量調整手段が設置された場合には、過剰になった冷媒量を貯留することで、入水温度上昇時の沸上運転を可能としている。 When refrigerant amount adjusting means such as a refrigerant receiver or an accumulator is installed, the excess refrigerant amount is stored to enable boiling operation when the incoming water temperature rises.
本実施形態では、冷凍サイクルの高圧側と低圧側の冷媒を熱交換させる内部熱交換器6を設けている。内部熱交換器6の作用は、水−冷媒熱交換器5から流出した冷媒を蒸発器8から流出した冷媒によって冷却し、蒸発器8入口の冷媒乾き度を小さくすることによって、蒸発器8内で保有できる冷媒量を増加させることにある。そして、入水温度が上昇すると、減圧弁を開き、高圧側から低圧側への冷媒の移動量を増加させるようにしている。即ち、高圧側から低圧側に冷媒を移動させるように前記減圧弁の開度を調整して、入水温度の上昇にともなう低圧側の冷媒保有量の減少を抑える機能を有している。ここで、図5に一点鎖線で示すように、本実施形態では、入水温度が上昇した際には、加熱能力を維持すべく圧縮機の回転数を上昇させている。圧縮機の回転数を上昇させると、低圧側から高圧側への冷媒の移動量が増加する。一方で、仮に入水温度が上昇した際に加熱能力を維持しなければ(例えば、圧縮機の回転数を変化させなければ)、減圧弁を開くことにより低圧側への冷媒の移動量が増加し、低圧側(主には蒸発器)での冷媒保有比率が高まることとなる。本実施形態では、入水温度が上昇すると、減圧弁を開くとともに、加熱能力を維持すべく圧縮機の回転数を上昇させている。このような制御による相反する冷媒の移動量の増減を足し合わせると、圧縮機の回転数上昇による低圧側から高圧側への冷媒の移動量が減圧弁を開くことによる高圧側から低圧側への冷媒の移動量よりも少し多くなることによって、図5に実線で示すように入水温度上昇に伴って低圧側(主には蒸発器)での冷媒保有比率が少し低くなる。逆に、高圧側での冷媒保有比率は、図6に実線で示すように入水温度上昇に伴って上昇する。 In the present embodiment, an internal heat exchanger 6 for exchanging heat between the refrigerant on the high pressure side and the low pressure side of the refrigeration cycle is provided. The action of the internal heat exchanger 6 is that the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger 5 is cooled by the refrigerant flowing out of the evaporator 8 to reduce the dryness of the refrigerant at the inlet of the evaporator 8, thereby Is to increase the amount of refrigerant that can be held in When the incoming water temperature rises, the pressure reducing valve is opened to increase the amount of refrigerant moved from the high pressure side to the low pressure side. In other words, the opening of the pressure reducing valve is adjusted so as to move the refrigerant from the high pressure side to the low pressure side, thereby suppressing the decrease in the refrigerant holding amount on the low pressure side as the incoming water temperature rises. Here, as indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 5, in this embodiment, when the incoming water temperature rises, the rotational speed of the compressor is increased to maintain the heating capacity. When the rotation speed of the compressor is increased, the moving amount of the refrigerant from the low pressure side to the high pressure side increases. On the other hand, if the heating capacity is not maintained when the incoming water temperature rises (for example, if the rotation speed of the compressor is not changed), the amount of refrigerant moving to the low pressure side increases by opening the pressure reducing valve. The refrigerant holding ratio on the low pressure side (mainly the evaporator) will increase. In this embodiment, when the incoming water temperature rises, the pressure reducing valve is opened, and the rotation speed of the compressor is increased to maintain the heating capacity. When the increase / decrease in the movement amount of the opposite refrigerant due to such control is added, the movement amount of the refrigerant from the low pressure side to the high pressure side due to the increase in the rotation speed of the compressor is changed from the high pressure side to the low pressure side by opening the pressure reducing valve. By slightly increasing the amount of movement of the refrigerant, as shown by the solid line in FIG. 5, the refrigerant holding ratio on the low pressure side (mainly the evaporator) slightly decreases as the incoming water temperature rises. Conversely, the refrigerant holding ratio on the high-pressure side increases as the incoming water temperature increases as shown by the solid line in FIG.
また、図5には、蒸発器での冷媒保有比率(=蒸発器での冷媒保有量/冷媒充填量)と入水温度との関係を、本実施形態のように内部熱交換器を設置した場合と、内部熱交換器を設置しない場合を示している。上述の通り、入水温度の上昇にともない、蒸発器が保有する冷媒量は減少するものの、内部熱交換器が設定されていない場合と比べて、より多くの冷媒を蒸発器で保有できることがわかる。なお、冷凍サイクルには、冷媒レシーバやアキュムレータなどの冷媒量調整手段が設置される場合があり、これらは過剰になった冷媒量を貯留することで入水温度上昇時の沸上運転を可能とするものであるが、これら冷媒レシーバやアキュムレータが設けられない場合であっても、蒸発器が実質的に同様の機能を果たすこととなる。 FIG. 5 shows the relationship between the refrigerant holding ratio in the evaporator (= refrigerant holding quantity / refrigerant filling quantity in the evaporator) and the incoming water temperature when an internal heat exchanger is installed as in this embodiment. And the case where an internal heat exchanger is not installed is shown. As described above, as the incoming water temperature rises, the amount of refrigerant held by the evaporator decreases, but it can be seen that more refrigerant can be held by the evaporator as compared to the case where the internal heat exchanger is not set. Note that refrigerant amount adjusting means such as a refrigerant receiver and an accumulator may be installed in the refrigeration cycle, and these allow the boiling operation when the incoming water temperature rises by storing excess refrigerant amount. Even if these refrigerant receivers and accumulators are not provided, the evaporator performs substantially the same function.
なお、内部熱交換器の設置により、内部熱交換器および設置に必要な接続配管系にも冷媒が保有されることになるが、図6に示すように、内部熱交換器とその接続配管系に保有される冷媒量は、冷媒充填量の数パーセント程度と少なく、かつ入水温度の上昇にともなってさらに減少する。したがって、入水温度の上昇時に発生する過剰な冷媒量は、主に蒸発器で保有されると言える。 In addition, although the refrigerant is also held in the internal heat exchanger and the connection piping system necessary for the installation by installing the internal heat exchanger, as shown in FIG. 6, the internal heat exchanger and its connection piping system The amount of refrigerant held in the tank is as small as several percent of the refrigerant charge amount, and further decreases as the incoming water temperature rises. Therefore, it can be said that the excessive refrigerant amount generated when the incoming water temperature rises is mainly held in the evaporator.
内部熱交換器6のもう一つの作用は、蒸発器8から流出した冷媒を、水−冷媒熱交換器5から流出した冷媒により内部熱交換器6で加熱することにより、圧縮機に流入する冷媒の温度ないし乾き度を高くすることにある。圧縮機の吸込圧力と吐出冷媒温度が同じ場合、内部熱交換器のない場合と比べると、吐出冷媒圧力を低下させることができ、COPを最大とする目標吐出冷媒圧力を低い値に設定することができる。 Another function of the internal heat exchanger 6 is that the refrigerant flowing out of the evaporator 8 is heated by the internal heat exchanger 6 with the refrigerant flowing out of the water-refrigerant heat exchanger 5, thereby flowing into the compressor. The purpose is to increase the temperature or dryness. When the compressor suction pressure and the discharge refrigerant temperature are the same, the discharge refrigerant pressure can be reduced and the target discharge refrigerant pressure that maximizes the COP is set to a lower value than when no internal heat exchanger is provided. Can do.
この内部熱交換器6の作用と目標吐出冷媒圧力を制御する減圧弁7の動作により、水−冷媒熱交換器を流れる水の入水温度が上昇した場合でも、高圧側の圧力上昇を低く抑え、要求される沸上げ温度を満足しつつ、安定して沸上げ運転を行うことができる。 Due to the action of the internal heat exchanger 6 and the operation of the pressure reducing valve 7 for controlling the target discharge refrigerant pressure, even when the incoming temperature of the water flowing through the water-refrigerant heat exchanger rises, the pressure rise on the high pressure side is kept low, The boiling operation can be performed stably while satisfying the required boiling temperature.
なお、水−冷媒熱交換器を流れる水の入水温度が上昇し、圧縮機からの吐出冷媒圧力、および吐出冷媒温度が許容上限値近傍まで上昇した場合には、予め設定した圧縮機回転数と許容上限圧力の関係から算出される許容上限圧力を維持するように減圧弁の開度を制御し、水−冷媒熱交換器を流れる水の量を減少させることによって、目標温水温度を維持しながら安定して沸上げ運転を行うことができる。 In addition, when the incoming temperature of the water flowing through the water-refrigerant heat exchanger rises and the discharge refrigerant pressure from the compressor and the discharge refrigerant temperature rise to the vicinity of the allowable upper limit, While maintaining the target hot water temperature by controlling the opening of the pressure reducing valve to maintain the allowable upper limit pressure calculated from the relationship of the allowable upper limit pressure and reducing the amount of water flowing through the water-refrigerant heat exchanger The boiling operation can be performed stably.
本実施形態のヒートポンプ式給湯機によれば、冷媒レシーバやアキュムレータといった冷媒量調整手段を設ける必要が無くなるが、運転能力の向上やよりきめ細かな制御を行うために、冷媒量調整手段を付加することを妨げるものではない。本実施形態に冷媒量調整手段を付加した場合でも、機器の大型化を阻止若しくは大型化を大幅に抑制できる。 According to the heat pump type water heater of the present embodiment, it is not necessary to provide a refrigerant amount adjusting means such as a refrigerant receiver or an accumulator, but a refrigerant amount adjusting means is added in order to improve the driving capability or perform finer control. It does not prevent. Even when the refrigerant amount adjusting means is added to the present embodiment, the increase in the size of the device can be prevented or the increase in size can be significantly suppressed.
1 ヒートポンプユニット
2 貯湯タンクユニット
3a,3b 接続配管
4 圧縮機
5 水−冷媒熱交換器
6 内部熱交換器
7 減圧弁
8 蒸発器
9 送風ファン
10 ファンモータ
11 貯湯タンク
12 水循環ポンプ
13 給水配管
14 給湯配管
15 圧縮機吐出冷媒圧力センサ
16 水−冷媒熱交換器入口水温度センサ
17 水−冷媒熱交換器出口水温度センサ
18 外気温度センサ
19 ヒートポンプユニット制御部
20 貯湯タンクユニット制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat pump unit 2 Hot water storage tank unit 3a, 3b Connection piping 4 Compressor 5 Water-refrigerant heat exchanger 6 Internal heat exchanger 7 Pressure reducing valve 8 Evaporator 9 Blower fan 10 Fan motor 11 Hot water storage tank 12 Water circulation pump 13 Water supply piping 14 Hot water supply Piping 15 Compressor discharge refrigerant pressure sensor 16 Water-refrigerant heat exchanger inlet water temperature sensor 17 Water-refrigerant heat exchanger outlet water temperature sensor 18 Outside air temperature sensor 19 Heat pump unit controller 20 Hot water tank unit controller
Claims (3)
前記水−冷媒熱交換器に流入する水の温度が上昇した際に、前記減圧弁を開き、前記圧縮機の回転数を上昇させるヒートポンプ式給湯機。 A compressor that compresses the refrigerant, a water-refrigerant heat exchanger that heats water with a high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor, and a low-temperature and low-pressure refrigerant that flows from the water-refrigerant heat exchanger through a pressure reducing valve. an evaporator back to the compressor refrigerant by air heat exchange, the water - and an internal heat exchanger the refrigerant flowing out from the refrigerant to the evaporator flowing from the refrigerant heat exchanger to heat exchange, the refrigerant amount In a heat pump type water heater that does not have an adjustment means ,
A heat pump type hot water heater that opens the pressure reducing valve to increase the rotational speed of the compressor when the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger rises .
前記水−冷媒熱交換器に流入する水の温度が上昇した際に、高圧側の圧力が許容上限圧力近傍まで上昇した場合には、高圧側から低圧側に冷媒を移動させるように減圧弁の開度を調整して、入水温度の上昇にともなう低圧側の冷媒保有量の減少を抑えるとともに、水−冷媒熱交換器に流入する水の流量を低下させることにより、沸き上げ温度を維持しつつも高圧側の圧力上昇を抑制するヒートポンプ式給湯機。 In the heat pump type water heater according to claim 1,
When the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger rises, if the pressure on the high pressure side rises to the vicinity of the allowable upper limit pressure, the pressure reducing valve is moved to move the refrigerant from the high pressure side to the low pressure side. While maintaining the boiling temperature by adjusting the opening and suppressing the decrease in the amount of refrigerant held on the low pressure side as the incoming water temperature rises, the flow rate of water flowing into the water-refrigerant heat exchanger is reduced. The heat pump water heater that suppresses the pressure rise on the high pressure side .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011229339A JP5802514B2 (en) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | Heat pump water heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011229339A JP5802514B2 (en) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | Heat pump water heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013088038A JP2013088038A (en) | 2013-05-13 |
JP5802514B2 true JP5802514B2 (en) | 2015-10-28 |
Family
ID=48532123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011229339A Active JP5802514B2 (en) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | Heat pump water heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5802514B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020197186A1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Clothes dryer and control method thereof |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3051224B1 (en) * | 2013-09-27 | 2018-08-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Refrigeration cycle device |
JP2018179352A (en) * | 2017-04-07 | 2018-11-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Water heater, and binary hot water generation unit |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3659197B2 (en) * | 2000-06-21 | 2005-06-15 | 松下電器産業株式会社 | Heat pump water heater |
JP3632645B2 (en) * | 2000-10-13 | 2005-03-23 | 松下電器産業株式会社 | Heat pump water heater |
JP4539553B2 (en) * | 2005-01-28 | 2010-09-08 | 株式会社デンソー | Heat pump water heater |
JP2008008523A (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Hitachi Appliances Inc | Refrigerating cycle and water heater |
-
2011
- 2011-10-19 JP JP2011229339A patent/JP5802514B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020197186A1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Clothes dryer and control method thereof |
US11332878B2 (en) | 2019-03-26 | 2022-05-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Clothes dryer and control method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013088038A (en) | 2013-05-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101222331B1 (en) | Heat-pump hot water apparatus | |
JP6320633B2 (en) | Heat pump equipment | |
JP5524571B2 (en) | Heat pump equipment | |
US20100193156A1 (en) | Liquid circulation heating system and method of controlling the same | |
JP5982839B2 (en) | Heat pump cycle equipment | |
JP2010091181A (en) | Storage water heater and heat pump water heater | |
JP2010243111A (en) | Heat pump type water heater | |
JP2005134070A (en) | Heat pump water heater | |
JP4552836B2 (en) | Heat pump type water heater | |
JP5802514B2 (en) | Heat pump water heater | |
JP2007113897A (en) | Heat pump type water heater | |
JP5575049B2 (en) | Heat pump water heater | |
JP2011075257A (en) | Heat pump type water heater | |
JP2009287898A (en) | Heat pump type hot water heat utilizing system | |
JP2013079760A (en) | Heat pump type liquid supply device | |
JP2008224067A (en) | Heat pump hot water supply device | |
JP5843642B2 (en) | Heat pump type liquid heating device | |
JP5789535B2 (en) | Heat pump water heater | |
JP6423651B2 (en) | Water heater | |
JP6716333B2 (en) | Hot water supply system | |
JP2016048126A (en) | Supply water heating system | |
JP5856042B2 (en) | Heat pump water heater | |
JP4950004B2 (en) | Heat pump type water heater | |
JP2013079770A (en) | Heat pump type water heater | |
JP2008039289A (en) | Heat pump type water heater |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140226 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140226 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141114 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141209 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150205 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150831 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5802514 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |