(57)【要約】【課題】蒸発器に霜が付着しても連続運転を可能とする使用性の高い冷凍サイクルを提供すること。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１、前記圧縮された冷媒から放熱する放熱器２、放熱器２下流の冷媒を減圧する減圧装置３、冷媒と外気とを熱交換する蒸発器４を順次接続した冷媒回路と、圧縮機１の運転周波数を変更する圧縮機周波数制御手段１２と、蒸発器４に供給される空気の温度を検出する空気温度検出手段１１と、減圧装置３から圧縮機１までの流路内の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段１０とを備え、空気温度検出手段１１と冷媒温度検出手段１０の検出値に基づいて、圧縮機１の運転周波数を変更する。【選択図】図１
2006300422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮された冷媒から放熱する放熱器、前記放熱器下流の冷媒を減圧する減圧装置、冷媒と空気とを熱交換する蒸発器を順次接続した冷媒回路と、前記圧縮機の運転周波数を変更する圧縮機周波数制御手段と、前記蒸発器に供給される空気の温度を検出する空気温度検出手段と、前記減圧装置の下流から前記圧縮機の吸入までの流路内の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段とを備え、前記空気温度検出手段および前記冷媒温度検出手段の検出値に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を変更することを特徴とした冷凍サイクル。
【請求項２】
蒸発器の冷媒流路の略中間点に、冷媒温度検出手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクルを備えたヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯装置などに使用する冷凍サイクルの性能向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯装置を運転していると蒸発器に霜が付着して、蒸発器における熱交換の効率が低下する場合がある。それに対して、蒸発器の霜を取り除くことを目的として、蒸発器の除霜手段の開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。図５は従来の冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置の構成図である。以下図５を用いて従来の冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置について説明する。
【０００３】
図５におけるヒートポンプ式給湯装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１０１、冷媒と外気との熱交換を行う蒸発器１０２、冷媒を減圧する減圧装置１０３、冷媒と水との熱交換を行う放熱器１０４、冷媒の循環路を切り替える四方弁１０５より構成され、図５に示すように冷媒配管１０６を用いて接続される冷凍サイクル部と、お湯を貯湯する貯湯槽１０７、貯湯槽１０７に水を供給する給水口１０８、貯湯槽１０７からお湯を取り出す湯取り出し口１０９、水の流量を調節するためのポンプ１１０を図５に示すように接続される給湯部で構成される。
【０００４】
次に従来の冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置の動作について説明する。従来の冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置は圧縮機１０１で冷媒を圧縮し、四方弁１０５の実線矢印で表している回路を通って放熱器１０４に導かれ、高温ガス状となった冷媒を用いて放熱器１０４で水と冷媒とが熱交換を行い、水からお湯にするものである。しかしヒートポンプ式給湯装置を使用していると、蒸発器１０２に霜が付着し、冷媒と外気との熱交換の効率が低下する場合がある。
【０００５】
そこで蒸発器１０２に霜が発生すると、水への加熱をやめ、冷媒が四方弁１０５の点線矢印で表している回路を通るように、四方弁の回路を切り替える。その結果、圧縮機１０１で圧縮された温度の高い冷媒は凝縮器１０２に供給され、その冷媒によって霜を取り除くことができる。
【特許文献１】特開平１１−１９３９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の冷凍サイクルでは、蒸発器１０２に霜が発生すると、加熱をやめ、霜を取る運転を行うため、霜取りを行っている間は、加熱を行うことができず、連続的なお湯の供給ができないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、蒸発器に霜が付着しても連続運転を可能とする使用性の高い冷凍サイクルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒から放熱する放熱器、放熱器下流の冷媒を減圧する減圧装置、冷媒と外気とを熱交換する蒸発器を順次接続した冷媒回路と、前記圧縮機の運転周波数を変更する圧縮機周波数制御手段と、前記蒸発器に供給される空気の温度を検出する空気温度検出手段と、前記減圧装置の下流から前記圧縮機の吸入までの流路内の冷媒の温度を検出する冷媒
温度検出手段とを備え、前記空気温度検出手段および前記冷媒温度検出手段の検出値に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を変更するものである。
【０００９】
これによって、前記空気温度検出手段および前記冷媒温度検出手段で検出したそれぞれの温度結果によって、前記圧縮機の運転周波数を変更し、変更した周波数で圧縮機を運転することで、蒸発器に発生する霜を防止することができ、ヒートポンプ式給湯装置の加熱能力の低下を補い、加熱能力の低下に伴う湯量不足を防止することができる。
【００１０】
また、本発明の冷凍サイクルは、前記蒸発器の冷媒流路の略中間点に前記冷媒温度検出手段を取り付けたものである。
【００１１】
これによって、より精度よく冷媒の温度を検出することができ、圧縮機を過度の周波数で運転することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
蒸発器に霜が付着しても連続運転を可能とする、使用性の高い冷凍サイクルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒から放熱する放熱器、放熱器下流の冷媒を減圧する減圧装置、冷媒と外気とを熱交換する蒸発器を順次接続した冷媒回路と、前記圧縮機の運転周波数を変更する圧縮機周波数制御手段と、前記蒸発器に供給される空気の温度を検出する空気温度検出手段と、前記減圧装置の下流から前記圧縮機の吸入までの流路内の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を設け、前記空気温度検出手段および前記冷媒温度検出手段の検出値に基づいて、前記圧縮機周波数制御手段でヒートポンプ式給湯装置の能力低下を推定し、圧縮機の運転周波数を変更することで、変更した周波数で圧縮機を運転し、ヒートポンプ式給湯装置の能力低下を補い、能力低下が原因で発生する湯量不足を防止することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の冷凍サイクルにおいて、前記蒸発器の冷媒流路の略中間点までに前記冷媒温度検出手段を取り付けたことにより、冷媒温度検出手段を、冷媒が気液２相の状態である可能性が高い部位に設けているので、より精度よく圧力を推定することができ、前記圧縮機を過度に運転させることを防止することができる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図である。実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１、圧縮された冷媒から放熱する放熱器２、放熱器下流の冷媒を減圧する減圧装置３、冷媒と外気とを熱交換する蒸発器４を備え、これを順次、冷媒配管５によって環状に接続した冷媒回路と、放熱器２により加熱されたお湯を貯湯する貯湯槽６、貯湯槽６に水を供給する給水口７、貯湯槽６からお湯を取り出す湯取り出し口８、貯湯槽６から放熱器２へ供給する水の流量を調節するためのウォータポンプ９を備えた給湯部より構成される。また蒸発器４に供給される空気の温度を検出する空気温度検出手段１１と、圧縮機の運転周波数を変更することができる圧縮機周波数制御手段１２を配設する。さらに減圧装置３の下流から圧縮機１の吸入に至る流路の冷媒配管５上には、冷媒温度検出手段１０を配設する。
【００１７】
なお、実施の形態１における減圧装置３とは、熱のやり取りを行うことなく圧力を下げ
る手段のことをいい、電子膨張弁やキャピラリチューブが上げられる。また圧縮機周波数制御手段１２は、圧縮機１の運転周波数を変更するインバータ回路１３および空気の温度や冷媒の温度から圧縮機１の運転周波数を決定し、インバータ回路１３に指令を出すマイクロコンピュータ１４で構成される。
【００１８】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００１９】
ヒートポンプ式給湯装置は、蒸発器４に供給される空気の温度Ｔｇを、空気温度検出手段１１により検出し、その空気の温度Ｔｇにより所望の運転周波数Ｆｇにて圧縮機の運転を行う。本発明の実施の形態１における空気温度検出手段１１とは温度センサーのことをいう。
【００２０】
ここで図２は、本発明の実施の形態１における蒸発器４に供給される空気の温度と、蒸発器４の冷媒の温度との関係を表した図である。図２に示されるように、空気の温度Ｔｇが７℃以上ならばＴｓが０℃以上になるように設計されている。しかしながら、湿度が低下したり、蒸発器４の吸い込み口に何らかの障害物があることで通風が妨害されたり、逆風や積雪などの自然条件など予想外の障害が発生し、蒸発器４に供給される空気の温度が十分に確保できていても蒸発器４の冷媒温度が０℃未満になる場合がある。つまり空気の温度Ｔｇが７℃であるにも関わらずＴｓが０℃未満となり、霜が発生してしまうことがある。
【００２１】
そこで次に、冷媒温度検出手段１０により蒸発器４の冷媒の温度Ｔｓを検出する。実施の形態１においては、冷媒温度検出手段１０は蒸発器の出口近傍の冷媒流路に配設し、冷媒の温度Ｔｓを検出する。ここでＴｇが７℃以上であり、Ｔｓが０℃未満の時には、ヒートポンプ式給湯装置の加熱能力が低下していると判断し、圧縮機周波数制御手段１２により圧縮機の運転周波数をＦｇからα（実施の形態１においては、α＝１０ｒ／ｓｅｃ）だけ増加させたＦｓに変更する。このように圧縮機１の運転周波数を通常のＦｇからＦｓに変更することで、能力低下による不足した加熱能力を補うことができ、水からお湯にする加熱運転を止めることなく連続した運転を継続できる。その結果、加熱能力の低下が原因で発生する湯量不足を防止することができる。
【００２２】
なお本実施の形態１においては蒸発器４に供給される空気の温度を７℃以上と設定したが、実施の形態１に限定されるものではなく、０℃〜７℃の間で値を設定してもよい。また実施の形態１におけるαの値も１０ｒ／ｓｅｃに限るものではない。また冷媒温度検出手段１０は、銅管表面に取り付ける温度センサーであるが、冷媒の圧力を直接検知する圧力センサーにおいても同様の効果を得ることができる。また圧縮機１の吸入側に冷媒を貯留するアキュームレータが設置されていても、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯装置を示した図である。実施の形態２のヒートポンプ式給湯装置は、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置の冷媒温度検出手段１０を、蒸発器４の冷媒流路の略中間地点に配設したものである。ここで実施の形態２の効果について図３、図４を用いて説明する。上記実施の形態１と同一部品については、同一の符号を付して説明を省略し、その構成および作用についても実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００２４】
図４（ａ）（ｂ）は図３のＡ部詳細図であり、図４（ａ）は本発明の実施の形態２における蒸発器の冷媒状態説明図（標準負荷運転時）であり、図４（ｂ）は本発明の実施の形態２における蒸発器の冷媒状態説明図（過負荷運転時）である。図中の白色矢印は冷媒の
流れ方向を示す。
【００２５】
図３において、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器２を通じ、減圧装置３により気液２相の状態となる。そして蒸発器４を通じて冷媒は蒸発し、蒸発器４から出た後は気相の状態となり圧縮機１に吸引される。ここでヒートポンプ式給湯装置の運転時における冷媒回路の各部における圧力および温度が安定している時には、図４（ａ）に示すように冷媒は気液２相状態（Ｂ部）で蒸発器４を通過することができるが、蒸発器４側の負荷が高くなるときには、図４（ｂ）に示すように蒸発器４の冷媒流路の略中間地点までの冷媒は気液２相の状態（Ｃ部）となり、蒸発器４の冷媒回路の略中間点より下流側から蒸発器４の出口までは気相の状態（Ｄ部）となる場合がある。そのため実施の形態１のように蒸発器４の出口近傍に冷媒温度検出手段１０を設けると、冷媒が気相の域にあるため正確な圧力測定ができない場合があり、過度な加熱能力を補ってしまう。
【００２６】
そこで、蒸発器４の冷媒流路の略中間地点に冷媒温度検出手段１０を設けることで気液２相の状態における温度を検出し、正確な圧力を推定することが可能となる。これにより圧縮機１における低圧側の圧力が推定できるので、蒸発器４の能力低下も精度良く推定でき、実施の形態１において発生する可能性のある過度な加熱能力での運転を防ぎ、常時、所望の加熱能力による運転が可能である。また圧縮機１の吸入側に冷媒を貯留するアキュームレータが設置されていても、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクルは、空気の温度と冷媒の温度を検知し、それに応じて圧縮機の運転周波数を変更し運転させることで、屋外の様々な気象や設置条件により発生するヒートポンプ式給湯装置の能力低下を、補うことができるので、ヒートポンプ式給湯装置以外にも、冷媒の温度低下によって能力が低下する圧縮機を備えた装置にも適用できる。
【００２８】
また貯湯槽６内の液体は、給湯に用いるだけではなく、床暖房用、室内空調用としても使用できる。その場合、液体を用いることなく、ファンで放熱してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における蒸発器に供給される空気の温度と蒸発器の冷媒の温度との相関図
【図３】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における蒸発器の冷媒状態詳細図（標準負荷運転時）（ｂ）本発明の実施の形態２における蒸発器の冷媒状態説明図（過負荷運転時）
【図５】従来の冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置の構成図
【符号の説明】
【００３０】
１  圧縮機
２  放熱器
３  減圧装置
４  蒸発器
５  冷媒配管
６  貯湯槽
７  給水口
８  湯取り出し口
９  ウォータポンプ
１０  冷媒温度検出手段
１１  空気温度検出手段
１２  圧縮機周波数制御手段
１３  インバータ回路
１４  マイクロコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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