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図面 (7)

課題

除霜運転中においても加熱運転を行なうことのできるヒートポンプ装置を提供する。

解決手段

第1の蒸発器5と圧縮機1の冷媒吸入側との間に設けられ、第1の蒸発器5から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な第2の蒸発器8と、第2の蒸発器8の冷媒流入側に設けられた第2の膨張手段7と、第2の膨張手段7をバイパスする流路開閉可能な第2の開閉弁6とを備えたので、ガスクーラ2及び第1の蒸発器5において放熱した冷媒を第2の蒸発器8において吸熱させることができ、第1の蒸発器5を除霜する場合にも、ガスクーラ2において給湯を行なうことができる。

概要

背景

従来、この種のヒートポンプ装置としては、圧縮機、高温側熱交換器膨張手段及び低温側熱交換器に順次冷媒流通可能な冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の一部を、高温側熱交換器及び膨張手段に流通させることなく低温側熱交換器に流通させることにより、低温側熱交換器を除霜可能な除霜用回路とを備え、除霜用回路を介して圧縮機から吐出される高温の冷媒の一部を低温側熱交換器に流入させる除霜運転を行うことにより、通常の加熱運転によって低温側熱交換器に付着したを高温の冷媒によって融解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)。
特開2004−294059号公報

概要

除霜運転中においても加熱運転を行なうことのできるヒートポンプ装置を提供する。第1の蒸発器5と圧縮機1の冷媒吸入側との間に設けられ、第1の蒸発器5から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な第2の蒸発器8と、第2の蒸発器8の冷媒流入側に設けられた第2の膨張手段7と、第2の膨張手段7をバイパスする流路開閉可能な第2の開閉弁6とを備えたので、ガスクーラ2及び第1の蒸発器5において放熱した冷媒を第2の蒸発器8において吸熱させることができ、第1の蒸発器5を除霜する場合にも、ガスクーラ2において給湯を行なうことができる。

目的

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、除霜運転中においても加熱運転を行なうことのできるヒートポンプ装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

圧縮機、高温側熱交換器膨張手段及び低温側熱交換器に順次冷媒流通可能な冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の一部を、高温側熱交換器及び膨張手段に流通させることなく低温側熱交換器に流通させることにより、低温側熱交換器を除霜可能な除霜用回路とを備えたヒートポンプ装置において、前記低温側熱交換器と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられ、低温側熱交換器から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な除霜加熱用熱交換器と、除霜加熱用熱交換器に流入する冷媒の圧力を所定の圧力に減圧可能な除霜加熱用膨張手段とを備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。

請求項2

前記除霜用回路を開閉可能な除霜用開閉弁と、低温側熱交換器の温度を検出する温度検出器と、圧縮機から吐出された冷媒を、除霜用開閉弁を閉鎖することにより高温側熱交換器及び膨張手段を流通させて低温側熱交換器に流入させ、低温側熱交換器から流出する冷媒の圧力を除霜加熱用膨張手段によって所定の圧力に減圧することなく除霜加熱用熱交換器に流入させる加熱運転と、圧縮機から吐出された冷媒の一部を、除霜用開閉弁を開放することにより除霜回路を介して低温側熱交換器に流入させるとともに、その他の冷媒を、高温側熱交換器及び膨張手段を流通させて低温側熱交換器に流入させ、低温側熱交換器から流出する冷媒の圧力を除霜加熱用膨張手段によって所定の圧力に減圧して除霜加熱用熱交換器に流入させる除霜加熱運転とを温度検出器の検出温度に応じて切換え運転切換制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ装置。

請求項3

前記高温側熱交換器から流出する冷媒を、膨張手段によって減圧することなく低温側熱交換器に流通させる冷媒流通手段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装置。

請求項4

前記圧縮機として、吸入した冷媒を所定の中間圧力に圧縮する低段側圧縮部と、中間圧力に圧縮された冷媒を中間圧力よりも高い所定の圧力に圧縮する高段側圧縮部を有する二段圧縮機を用い、除霜用回路を、低段側圧縮部において中間圧力に圧縮された冷媒の一部が流通するように構成したことを特徴とする請求項1、2または3記載のヒートポンプ装置。

請求項5

前記除霜加熱用膨張手段を、除霜加熱用熱交換器に流入する冷媒の圧力を所定の圧力に減圧する膨張弁またはキャピラリチューブと、膨張弁またはキャピラリチューブをバイパス可能なバイパス回路と、バイパス回路を開閉可能なバイパス開閉弁とから構成したことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のヒートポンプ装置。

請求項6

前記除霜加熱用膨張手段として弁開度を任意に設定可能な電子式の膨張弁を用いたことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のヒートポンプ装置。

請求項7

前記冷媒として高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項1、2、3、または4記載のヒートポンプ装置。

技術分野

0001

本発明は、給湯暖房に用いられるヒートポンプ装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、この種のヒートポンプ装置としては、圧縮機、高温側熱交換器膨張手段及び低温側熱交換器に順次冷媒流通可能な冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の一部を、高温側熱交換器及び膨張手段に流通させることなく低温側熱交換器に流通させることにより、低温側熱交換器を除霜可能な除霜用回路とを備え、除霜用回路を介して圧縮機から吐出される高温の冷媒の一部を低温側熱交換器に流入させる除霜運転を行うことにより、通常の加熱運転によって低温側熱交換器に付着したを高温の冷媒によって融解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)。
特開2004−294059号公報

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、従来のヒートポンプ装置において、除霜用回路を介して圧縮機から吐出された冷媒の一部を低温側熱交換器に流通させる場合には、ヒートポンプサイクルを構成することができないため、除霜運転中には加熱運転を停止しなければならず、例えば深夜電力を利用して湯を沸かす貯湯式の給湯器としてヒートポンプ装置を用いる場合には、除霜運転が繰り返し行なわれると、時間内に湯の沸き上げを完了することができないという問題点があった。

0004

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、除霜運転中においても加熱運転を行なうことのできるヒートポンプ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0005

本発明は前記目的を達成するために、圧縮機、高温側熱交換器、膨張手段及び低温側熱交換器に順次冷媒を流通可能な冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の一部を、高温側熱交換器及び膨張手段に流通させることなく低温側熱交換器に流通させることにより、低温側熱交換器を除霜可能な除霜用回路とを備えたヒートポンプ装置において、前記低温側熱交換器と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられ、低温側熱交換器から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な除霜加熱用熱交換器と、除霜加熱用熱交換器に流入する冷媒の圧力を所定の圧力に減圧可能な除霜加熱用膨張手段とを備えている。

0006

これにより、圧縮機から吐出される冷媒の一部が除霜用回路を流通して低温側熱交換器に流入し、低温側熱交換器から流出する冷媒が除霜加熱用膨張手段によって減圧されて除霜加熱用熱交換器に流入することから、高温側熱交換器及び低温側熱交換器において放熱した冷媒が除霜加熱用熱交換器において吸熱可能となる。

発明の効果

0007

本発明によれば、高温側熱交換器及び低温側熱交換器において放熱した冷媒は除霜加熱用熱交換器において吸熱可能となるので、低温側熱交換器を除霜する場合においても、高温側熱交換器において給湯などの加熱運転を行なうことが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0008

図1乃至図3は本発明の一実施形態を示すもので、図1はヒートポンプ装置の回路図、図2給湯運転を示すヒートポンプ装置の回路図、図3除霜給湯運転を示すヒートポンプ装置の回路図である。

0009

このヒートポンプ装置は、ヒートポンプ式給湯器ヒートポンプユニットに用いられるものであり、ヒートポンプサイクルを構成する冷媒回路10と、ヒートポンプユニットの運転を制御する制御部20とを備えている。

0010

冷媒回路10は、圧縮機1、高温側熱交換器としてのガスクーラ2、膨張手段としての第1の膨張弁3、冷媒流通手段としての第1の開閉弁4、低温側熱交換器としての第1の蒸発器5、バイパス開閉弁としての第2の開閉弁6、除霜加熱用膨張手段としての第2の膨張弁7、除霜加熱用熱交換器としての第2の蒸発器8、除霜用開閉弁としての第3の開閉弁9を備え、これらは銅またはステンレス等からなる冷媒流通用配管によって接続されている。即ち、圧縮機1の冷媒吐出側にはガスクーラ2の冷媒流入側が接続され、ガスクーラ2の冷媒流出側には第1の蒸発器4の冷媒流入側が接続されている。また、ガスクーラ2の冷媒流出側と第1の蒸発器4の冷媒流入側との間には、第1の膨張弁3及び第1の開閉弁4が互いに並列に設けられている。第1の蒸発器5の冷媒流出側には第2の蒸発器8の冷媒流入側が接続され、第1の蒸発器5の冷媒流出側と第2の蒸発器8の冷媒流入側との間には第2の開閉弁6及び第2の膨張弁7が互いに並列に設けられている。第2の蒸発器8の冷媒流出側には圧縮機1の冷媒吸入側が接続されている。また、圧縮機1の後述する低段側圧縮部の冷媒吐出側には、ガスクーラ2、第1の膨張弁3及び第1の電磁弁4をバイパスして第1の蒸発器5の冷媒流入側に冷媒を流通させるための除霜用回路9aが接続され、除霜用回路9aには第2の開閉弁9が設けられている。更に、ここでは冷媒として、高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素が用いられている。

0011

圧縮機1は、低段側圧縮部1aと高段側圧縮部1bを有する二段圧縮機が用いられ、圧縮機1の吸入側から吸入した冷媒を低段側圧縮部1aにおいて所定の中間圧力に圧縮し、中間圧力に圧縮した冷媒を高段側圧縮部1bにおいて中間圧力よりも高い所定の高圧に圧縮可能となっている。また、圧縮機1の低段側圧縮部1aと高段側圧縮部1bとの間の冷媒通路には前述した除霜用回路9aの冷媒流入側が接続されている。

0012

ガスクーラ2は、冷媒流通路2aと被加熱媒体流通路2bを有し、冷媒と被加熱媒体とを熱交換するようになっている。被加熱媒体流通路2bには、給湯配管2cによって図示しない貯湯タンクが接続され、貯湯タンク内の水をガスクーラ2に流通させることにより加熱して貯湯タンク内に貯えるようになっている。

0013

第1及び第2の蒸発器5,8は、それぞれフィンチューブ型の熱交換器からなり、冷媒と空気とを熱交換するようになっている。また、第1及び第2の蒸発器5,8には、冷媒と熱交換する空気を流通させるための第1及び第2の蒸発器用送風機5a,8aがそれぞれ設けられている。

0014

第1及び第2の膨張弁3,7には、それぞれ手動膨張弁が用いられ、流通する冷媒を所定の圧力に減圧するようになっている。また、第1及び第2の膨張弁3,7は、手動膨張弁の代りキャピラリチューブを用いるようにしてもよい。

0015

第1乃至第3の開閉弁4,6,9には、それぞれ電磁弁が用いられ、それぞれの開閉弁4,6,9の開閉によって給湯運転と除霜給湯運転の切換を行なうようになっている。

0016

制御部20は、マイクロコンピュータによって構成され、そのメモリには給湯運転と除霜給湯運転との切換制御に関するプログラムが記憶されている。また、制御部20には、第1の開閉弁4、第1の蒸発器用送風機5a、第1の蒸発器5の温度を検出する温度検出器5b、第2の開閉弁6、第3の開閉弁9が接続されている。

0017

以上のように構成されたヒートポンプ装置において、通常の給湯運転を行なう場合には、第2の開閉弁6を開放するとともに、第1及び第3の開閉弁4,9を閉鎖し、圧縮機1、第1の蒸発器用送風機5a及び第2の蒸発器用送風機8aを運転する。これにより、図2に示すように、圧縮機1から吐出された冷媒は、ガスクーラ2を流通した後、第1の膨張弁3を介して第1の蒸発器5に流入する。また、第1の蒸発器5を流通した冷媒は、第2の開閉弁6を介して第2の蒸発器8を流通した後、圧縮機1に吸入される。このとき、第2の蒸発器7の流入側には第2の開閉弁6と第2の膨張弁7が並列に設けられているが、開放された第2の開閉弁6と比較して第2の膨張弁7の流通抵抗は著しく高いため、ほぼ全ての冷媒が第2の開閉弁6を介して第2の蒸発器8に流入する。このような冷媒の循環によって、圧縮機1から吐出された冷媒は、ガスクーラ2において放熱し、ガスクーラ2を流通する水を加熱する。また、第1及び第2の蒸発器5,8を流通する冷媒は、第1の蒸発器5において吸熱して蒸発し、第2の蒸発器8において吸熱して過熱度が増大する。

0018

また、給湯運転を継続すると、第1の蒸発器5において冷媒と熱交換を行なう空気の温湿度条件によっては、第1の蒸発器5に着霜するため、除霜給湯運転を行なう必要がある。この場合には、第2の開閉弁6を閉鎖するとともに、第1及び第3の開閉弁4,9を開放し、圧縮機1及び第2の蒸発器用送風機8aを運転し、第1の蒸発器用送風機5aを停止する。これにより、図3に示すように、圧縮機1から吐出された冷媒は、ガスクーラ2を流通した後、第1の開閉弁4を介して第1の蒸発器5に流入する。また、圧縮機1の低段側圧縮部1aから吐出された冷媒の一部は、除霜用回路9aを流通し、ガスクーラ2、第1の膨張弁3及び第1の開閉弁4を流通することなく第1の蒸発器5に流入する。更に、第1の蒸発器5を流通した冷媒は、第2の膨張弁7を介して第2の蒸発器8を流通した後、圧縮機1に吸入される。このとき、ガスクーラ2の流出側と第1の蒸発器5の流入側との間には第1の膨張弁3と第1の開閉弁4が並列に設けられているが、開放された第1の開閉弁4と比較して第1の膨張弁3の流通抵抗は著しく高いため、ほぼ全ての冷媒が第1の開閉弁4を介して第1の蒸発器5に流入する。このような冷媒の循環によって、圧縮機1から吐出された冷媒は、ガスクーラ2において放熱し、ガスクーラ2を流通する水を加熱する。また、圧縮機1の低段側圧縮部1aから吐出された冷媒の一部は、第1の蒸発器4において放熱し、第1の蒸発器5に付着した霜を融解する。更に、ガスクーラ2及び第1の蒸発器5において放熱した冷媒は、第2の蒸発器8において吸熱して蒸発する。

0019

ここで、給湯運転と除霜給湯運転の切換に関する制御部20の動作を図4フローチャートを用いて説明する。まず、給湯運転を行い(ステップS1)、温度検出器5bの検出温度Tが所定温度T1以下になると(ステップS2)、除霜給湯運転に切換える(ステップS3)。次に、温度検出器5bの検出温度Tが所定温度T2以上になると(ステップS4)、再び給湯運転に切換える(ステップS1)。

0020

このように、本実施形態のヒートポンプ装置によれば、第1の蒸発器5と圧縮機1の冷媒吸入側との間に設けられ、第1の蒸発器5から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な第2の蒸発器8と、第2の蒸発器8の冷媒流入側に設けられた第2の膨張手段7と、第2の膨張手段7をバイパスする流路を開閉可能な第2の開閉弁6とを備えたので、ガスクーラ2及び第1の蒸発器5において放熱した冷媒を第2の蒸発器8において吸熱させることができ、第1の蒸発器5を除霜する場合にも、ガスクーラ2において給湯を行なうことができる。

0021

また、温度検出器5bの検出温度Tに応じて給湯運転と除霜給湯運転を切換えるようにしたので、第1の蒸発器5の着霜を検知して除霜給湯運転を行うとともに、霜が融解したことを検知して給湯運転を行うことができ、第1の蒸発器5の熱交換能力の低下を確実に防止することができる。

0022

ガスクーラ2から流出する冷媒を、第1の膨張弁3をバイパス流路を開閉可能な第1の開閉弁4を備えたので、ガスクーラ2から流出する冷媒を減圧することなく第1の蒸発器5に流入させることができ、除霜給湯運転において第1の蒸発器5の温度を高温に保持することにより、確実に霜を融解させることが可能となる。

0023

また、圧縮機1として、吸入した冷媒を所定の中間圧力に圧縮する低段側圧縮部1aと、中間圧力に圧縮された冷媒を所定の高圧に圧縮する高段側圧縮部1bを有する二段圧縮機を用い、低段側圧縮部1aにおいて中間圧力に圧縮した冷媒の一部を除霜回路9に流通させるようにしたので、圧縮機1の吐出圧力よりも低い中間圧力の冷媒を第1及び第2の蒸発器4,7に流入させることができ、回路内の圧力バランス崩れることによる冷媒循環量不足を防止することができる。

0024

また、冷媒として高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素を用いたので、オゾン層破壊地球温暖化等の環境負荷を小さくすることができる。

0025

尚、前記実施形態では、圧縮機1として、吸入した冷媒を所定の中間圧力に圧縮する低段側圧縮部1aと、中間圧力に圧縮された冷媒を所定の高圧に圧縮する高段側圧縮部1bを有する二段圧縮機を用い、低段側圧縮部1aにおいて中間圧力に圧縮した冷媒の一部を除霜回路9に流通させるようにしたものを示したが、図5に示すように、単段式の圧縮機11を用い、圧縮機から吐出された冷媒の一部を除霜回路9aに流通させるようにしても、前記実施形態と同様にガスクーラ2において給湯するととともに、第1の蒸発器5の除霜を行なうことが可能となる。

0026

また、前記実施形態では、弁開度固定式の第1の膨張弁3及び第2の膨張弁7とそれぞれ並列に第1の開閉弁4及び第2の開閉弁6を設けたものを示したが、図6に示すように、第1の膨張弁12及び第2の膨張弁13として弁開度可変電子膨張弁を用いることにより、第1の開閉弁4及び第2の開閉弁6を必要とすることなく、冷媒回路10を流通する冷媒の圧力の調整が可能となる。

図面の簡単な説明

0027

ヒートポンプ装置の概略構成
給湯運転を示すヒートポンプ装置の概略構成図
除霜給湯運転を示すヒートポンプ装置の概略構成図
給湯運転と除霜給湯運転の切換制御を示すフローチャート
その他の例を示すヒートポンプ装置の概略構成図
その他の例を示すヒートポンプ装置の概略構成図

符号の説明

0028

1…圧縮機、1a…低段側圧縮部、1b…高段側圧縮部、2…ガスクーラ、3…第1の膨張弁、4…第1の開閉弁、5…第1の蒸発器、5b…温度検出器、6…第2の開閉弁、7…第2の膨張弁、8…第2の蒸発器、9…第3の開閉弁、9a…除霜用回路、10…冷媒回路、11…圧縮機、12…電子膨張弁、13…電子膨張弁、20…制御部。

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