JP2007212098A - Heat pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水を冷媒で加熱するヒートポンプ式給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater that heats water with a refrigerant.
近年の省エネの観点から、ガス燃焼式や電気加熱式の給湯機にくらべ省エネであるヒートポンプ式給湯機が注目されている。効率向上のためにはヒートポンプ式給湯機の構成が重要であり、その例として特許文献1に示すようなものが知られている。
From the viewpoint of energy saving in recent years, heat pump type water heaters that are more energy efficient than gas combustion type or electric heating type water heaters have attracted attention. In order to improve efficiency, the configuration of a heat pump type hot water heater is important, and an example as shown in
上記従来技術では、給水温度を上げる場合に、圧縮機の吐出圧力が高くなることで対応する方法がある。しかし、圧縮機の吐出圧力を高くなりすぎると圧縮機の信頼性が低下するという課題があった。 In the above prior art, there is a method for increasing the feed water temperature by increasing the discharge pressure of the compressor. However, if the discharge pressure of the compressor becomes too high, there is a problem that the reliability of the compressor is lowered.
本発明の目的は、信頼性が高いヒートポンプ式給湯機を得ることにある。 An object of the present invention is to obtain a heat pump type water heater having high reliability.
上記課題を解決するために、本発明の一態様では、ヒートポンプ式給湯機を、圧縮機の吐出冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、圧縮機から吐出される冷媒の一部を開閉弁及び減圧器を通して圧縮機に吸入させる構造とし、圧力検出手段が検出した圧力が所定の圧力値以上となった場合に開閉弁を開いた状態としている。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a heat pump type water heater is provided with pressure detection means for detecting the pressure of refrigerant discharged from the compressor, and a part of the refrigerant discharged from the compressor is opened and closed. In addition, the compressor is sucked into the compressor through the decompressor, and the on-off valve is opened when the pressure detected by the pressure detecting means becomes a predetermined pressure value or more.
また、本発明の他の態様では、ヒートポンプ式給湯機を、圧縮機から吐出される冷媒の一部を開閉弁及び減圧器を通して圧縮機に吸入させ、除霜運転時に開閉弁を開いた状態としている。 In another aspect of the present invention, the heat pump water heater is configured such that a part of the refrigerant discharged from the compressor is sucked into the compressor through the open / close valve and the decompressor, and the open / close valve is opened during the defrosting operation. Yes.
また、本発明の他の態様では、ヒートポンプ式給湯機を、水・冷媒熱交換器と蒸発器の間に、第1の減圧器、受液器、第2の減圧器を順次設けている。 In another aspect of the present invention, a heat pump type hot water heater is provided with a first pressure reducer, a liquid receiver, and a second pressure reducer sequentially between a water / refrigerant heat exchanger and an evaporator.
さらに、上記の構成において、冷媒を臨界点以下で動作する冷媒、R410A又はR407C、二酸化炭素又はHC冷媒とすることが望ましい。 Furthermore, in the above configuration, it is desirable that the refrigerant be a refrigerant that operates below the critical point, R410A or R407C, carbon dioxide, or HC refrigerant.
本発明によれば、信頼性が高いヒートポンプ式給湯機を得ることができる。 According to the present invention, a highly reliable heat pump type hot water heater can be obtained.
上記従来技術においては、冷媒を必要量ぎりぎりに入れておくか、アキュームレータを設けて余剰冷媒を貯めておく構成である。図2は、アキュームレータ60に余剰冷媒を貯めるヒートポンプ式給湯機のブロック図を示し、圧縮機10からの高温高圧の冷媒は水・冷媒熱交換器20で水を昇温し、自身は冷却され、減圧器30で低圧となり、送風機50で送られる空気から蒸発器40で熱をくみ上げ、アキュームレータ60を通り、再び圧縮機10で昇圧される。水は、水入口100aから水ポンプ110を介して、水・冷媒熱交換器20へ入り、水出口100bへ至る。このサイクルのp−h線図を図3に示す。今サイクルAの状態で安定していたとする。水温を上げる要求があり圧縮機10の吐出温度を上げることで対応させる場合、減圧器30を絞って吐出温度を増加させることとなる(サイクルB)。この場合、減圧することで圧縮機吸入圧力の低下が起こり、またアキュームレータ内に余剰冷媒がある場合はアキュームレータ60内の冷媒が水・冷媒熱交換器20に移動することになり過冷却度の増加とともに吐出圧力の増加が起こる。圧縮機は通常信頼性の観点から運転できる最高の吐出圧力や最低の吸入圧力が設計上規定されており、外気が低い場合の吸入圧力の低下や、水の給水温度や沸き上げ温度が高い場合の吐出圧力の増大は、この圧縮機の運転範囲をこえる場合があり、信頼性上問題となることがある。逆に吐出圧力を下げようとして減圧器30を開くと水・冷媒熱交換器20の冷媒がアキュームレータ60に移ることになり吐出圧力が下がるが、同時に吐出温度も下がってしまい、沸き上げ温度を上げられない。またアキュームレータは圧力損失のためサイクルの性能を落とす問題もある。アキュームレータがないサイクルでは、余剰冷媒が水・冷媒熱交換器から移動しないため圧力を下げる手段がない。
In the above-described conventional technology, the refrigerant is put in a necessary amount or an accumulator is provided to store surplus refrigerant. FIG. 2 is a block diagram of a heat pump type hot water heater that stores excess refrigerant in the
また、インバータ駆動の圧縮機を用いる空調機では圧縮機の回転数を落とすことで冷媒循環量の低下により凝縮熱交換量と蒸発熱交換量が低減するため吐出圧力を下げる、または吸入圧力を上げる運転が可能である。同じくインバータ駆動できる圧縮機を搭載したヒートポンプ給湯機の場合、圧縮機周波数の低下により冷媒循環量を減らして蒸発熱交換量の低下より吸入圧力の増加は可能である。しかし、ヒートポンプとしての能力が低下しても、沸き上げ温度は下げられないため沸き上げ温度確保のために水量の低下が起こり、結果、熱伝達率の低下を引き起こし、吐出圧力は下がらない。つまり、沸き上げ温度を確保しつつ吐出圧力を下げるためには水・冷媒熱交換器内の冷媒をどこかに移す必要がある。 In an air conditioner using an inverter-driven compressor, the discharge pressure is lowered or the suction pressure is raised because the condensation heat exchange amount and the evaporation heat exchange amount are reduced by lowering the refrigerant circulation amount by lowering the rotation speed of the compressor. Driving is possible. Similarly, in the case of a heat pump water heater equipped with a compressor that can be driven by an inverter, the amount of refrigerant circulation can be reduced by lowering the compressor frequency, and the suction pressure can be increased by lowering the evaporation heat exchange amount. However, even if the capacity as a heat pump is reduced, the boiling temperature cannot be lowered, so that the amount of water is lowered to ensure the boiling temperature, resulting in a reduction in heat transfer rate and the discharge pressure does not drop. That is, in order to lower the discharge pressure while ensuring the boiling temperature, it is necessary to move the refrigerant in the water / refrigerant heat exchanger somewhere.
図1は、第1の実施形態のヒートポンプ式給湯機ブロック図を示し、圧縮機10からの高温高圧の冷媒は水・冷媒熱交換器20で水を昇温し、自身は冷却され、可変減圧器30で低圧となり、送風機50で送られる空気から蒸発器40で熱をくみ上げ、再び圧縮機10で昇圧される。開閉弁70と固定減圧器80を有している。水は、水入口100aから水ポンプ110を介して、水・冷媒熱交換器20へ入り、水出口100bへ至る。冷媒としてはR410AやR407C等のフロン冷媒やHC冷媒のように臨界圧力以下で動作する冷媒や高圧が臨界圧力を超えるCO2冷媒である。
FIG. 1 is a block diagram of a heat pump type hot water heater according to the first embodiment. The high-temperature and high-pressure refrigerant from the
図4はこのサイクルのp−h線図である。図は臨界圧力以下で動作するR410Aの場合であるが、高圧部が臨界圧力を超える二酸化炭素冷媒の場合も考え方は同じである。サイクルAは開閉弁70を閉じている場合のサイクルである。このサイクルが圧縮機の設計上の運転圧力範囲に対して、吐出圧力が高い場合に開閉弁70を開く。このサイクルをサイクルCとする。図中のa〜fは図1に対応している。開閉弁70を開くことで圧縮機10の吸入には蒸発器40からの冷媒eと減圧器80からの冷媒fの混合したものが供給される。減圧器80からの冷媒は圧縮機吐出冷媒を減圧しただけであるため高温であり、そのため蒸発器40からの冷媒eはかわき度の低い状態で供給される。このため蒸発器40からの熱のくみ上げ熱量は少なくてすみ、吸入圧力の増大が起こる。また、蒸発器40内全体にわたるかわき度が小さくなることから蒸発器内の冷媒保有量が増加し、水・冷媒熱交換器20から冷媒を奪うことになる。つまり、水・冷媒熱交換器20内の冷媒の一部を蒸発器40に移したことになる。そのため、過冷却度の低下から吐出圧力の減少が起こる。このとき減圧器30で圧縮機吐出冷媒温度は高く維持するため、沸き上げ温度の低下は起こらない。つまり外気が低く吸入圧力が低すぎる場合や、給水温度や沸き上げ温度が高く吐出圧力が高すぎる場合に開閉弁70を開くことで、沸き上げ温度を下げずに吐出圧力を低下させることができるので、吸入圧力の増大により圧縮機の信頼性の高い運転範囲が実現される。図5はこのサイクルで除霜運転を行う場合のp−h線図である。まず水ポンプ110を止め水流をなくす、そうすると冷媒は冷却されず減圧器30に流入される。ここで冷媒は除霜可能な圧力まで減圧され高温のまま蒸発器40(この場合凝縮器となる)で霜に熱を与え溶かしながら、自身は冷却されかわき度の低い冷媒eとなって出て行く。この冷媒を圧縮機に直接吸入させると圧縮機の液圧縮や圧縮機内の油の粘度低下を起こすため信頼性が下がる。そこで開閉弁70を開き高温の冷媒と混ぜることで冷媒を過熱し、圧縮機に吸入させることで圧縮機の信頼性は確保される。また、停止状態から運転状態に移るときに蒸発器40内液冷媒が急に圧縮機10に供給されることを防止するため開閉弁70を開きかわき度を上げることで信頼性向上につながる。この実施形態の構成では除霜を四方弁を用いた逆サイクルで行わないため、通常運転時に起こる四方弁内部での高温部と低温部での熱移動がないため、効率が向上する。また前記開閉弁と固定減圧器の組み合わせを可変減圧器としてもよい。
FIG. 4 is a ph diagram of this cycle. The figure shows the case of R410A operating at a critical pressure or lower, but the concept is the same when the high pressure part is a carbon dioxide refrigerant exceeding the critical pressure. Cycle A is a cycle when the on-off
図7は第2の実施形態を示し、図中記号は第1の実施の形態と同じである。追加部品として開閉弁72と固定減圧器82がある。これは圧縮機10の吐出から蒸発器40の入口までをバイパスする形で設ける。前記第1の実施形態では除霜時に圧縮機10からの高温冷媒を可変減圧器30で減圧する形であったが、水ポンプ110が停止できない場合には冷媒が冷却されるため、除霜能力が低下する。また、可変減圧器の中には高温に耐えられないものもある。この第2の実施形態では、除霜時に可変減圧器30を閉止し冷媒を流れないようにし、かわりに開閉弁72を開くことで高温冷媒を蒸発器40に導き除霜するものである。こうすることで、水が循環していても冷媒は冷却されず、可変減圧器30は高温にさらされない。
FIG. 7 shows a second embodiment, and symbols in the figure are the same as those in the first embodiment. There are an on-off
図6は、第3の実施形態を示し、減圧器30と蒸発器40の間に受液器65と減圧器35を追加し、冷媒の流れを切り替える四方弁15を設けている。通常ヒートポンプ給湯機では給水温が低い場合は過冷却度を大きくとり、比エンタルピ差を稼ぐことで効率向上につながる。この発明では過冷却度の確保に減圧器30を用いて受液器65内の冷媒を水・冷媒熱交換器20に移すことで過冷却度の確保を行える。また、吐出温度の確保には減圧装置35を用いるため高温沸き上げに対応できる。給水温や沸き上げ温度が高い要求時に、吐出圧力が上がり、信頼性が確保される圧力範囲を超える場合、減圧器30を開いて、水・冷媒熱交換器20内の冷媒を受液器65に移す。そうすることで過冷却度の低下から吐出圧力の減少につながり信頼性が向上される。除霜は四方弁15の切り替えによる逆サイクルによる。
FIG. 6 shows a third embodiment, in which a
10…圧縮機、20…水・冷媒熱交換器、30…可変減圧器、40…蒸発器、50…送風機、60…アキュームレータ、70・72…開閉弁、80・82…固定減圧器、100a…水入口、100b…水出口、110…水ポンプ、65…受液器、35…可変減圧器。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記圧縮機の吐出冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を開閉弁及び減圧器を通して前記圧縮機に吸入させる構造とし、前記圧力検出手段が検出した圧力が所定の圧力値以上となった場合に前記開閉弁を開いた状態とすることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 In a heat pump water heater in which a compressor, a water / refrigerant heat exchanger, a decompressor, and an evaporator are sequentially connected by refrigerant piping,
Pressure detecting means for detecting the pressure of refrigerant discharged from the compressor is provided, and a part of the refrigerant discharged from the compressor is sucked into the compressor through an on-off valve and a pressure reducer, and the pressure detecting means detects The heat pump type hot water heater is characterized in that the open / close valve is opened when the applied pressure exceeds a predetermined pressure value.
前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を開閉弁及び減圧器を通して前記圧縮機に吸入させ、除霜運転時に前記開閉弁を開いた状態とすることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 In a heat pump water heater in which a compressor, a water / refrigerant heat exchanger, a decompressor, and an evaporator are sequentially connected by refrigerant piping,
A heat pump type water heater, wherein a part of the refrigerant discharged from the compressor is sucked into the compressor through an on-off valve and a decompressor, and the on-off valve is opened during a defrosting operation.
前記水・冷媒熱交換器と蒸発器の間に、第1の減圧器、受液器、第2の減圧器を順次設けることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 In a heat pump type hot water heater in which a compressor, a four-way valve, a water / refrigerant heat exchanger and an evaporator are sequentially connected by a refrigerant pipe,
A heat pump type hot water heater, wherein a first pressure reducer, a liquid receiver, and a second pressure reducer are sequentially provided between the water / refrigerant heat exchanger and the evaporator.
The heat pump type hot water heater according to claim 1, wherein the refrigerant is an HC refrigerant.
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