(57)【要約】【課題】水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器内の冷媒凝縮温度を正確かつ安価に検知でき、ヒートポンプサイクルを保護できるヒートポンプ式給湯装置を提供する。【解決手段】本ヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプサイクルを備え、このヒートポンプサイクルの水熱交換器にプレート式水熱交換器を用い、このプレート式水熱交換器に並列に、絞り装置を備えたバイパス配管を設け、かつ、バイパス配管に温度センサーを取り付け、バイパス配管内を流れる冷媒温度を検知して、プレート式水熱交換器内を流れる冷媒温度を推定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水熱交換器、減圧機構、熱源側熱交換器を順次配管接続して構成するヒートポンプサイクルを備えたヒートポンプ式給湯装置において、前記水熱交換器にプレート式水熱交換器を用い、このプレート式水熱交換器に並列に、絞り機構を備えたバイパス配管を設け、かつ、バイパス配管に温度センサーを取り付け、バイパス配管内を流れる冷媒温度を検知して、プレート式水熱交換器内を流れる冷媒温度を推定する手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
上記圧縮機は、インバータにより運転周波数が制御される能力可変式であり、上記プレート式水熱交換器内を流れる冷媒温度の推定値を、この運転周波数の所定領域内では実測された温度とし、この運転周波数の所定領域外の周波数域では実測された温度に対して圧縮機の運転周波数に応じて補正した冷媒温度を用いたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
前記バイパス配管の絞り機構は、キャピラリチューブであることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
前記バイパス配管の絞り機構は電子膨張弁であり、この電子膨張弁の開度は、圧縮機の運転周波数によって変化させることを特徴とする請求項２に記載の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に係り、特にヒートポンプサイクルや圧縮機の異常を検出可能にしたヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にヒートポンプ式給湯装置において、水熱交換器へ送られる水温変化による負荷変動が大きいため、冷凍サイクルに与える影響が大きく、水熱交換器の冷媒温度を常時検知し、圧縮機の回転数を制御して冷凍サイクルの能力を制御する必要がある。
【０００３】
一方、ヒートポンプ式給湯装置では、水あるいは不凍液などの媒体と冷媒を熱交換するための水熱交換器として、プレート式水熱交換器が多く用いられている。
【０００４】
この種のプレート式水熱交換器は、冷媒流入管、給水管及び給湯管が設けられた端板と、冷媒流出管が設けられた端板間に、並列する複数の水流路を設けた水側伝熱板と、並列する複数の冷媒流路を設けた冷媒側伝熱板が気密的に組み立てられ、さらに、冷媒と水が対向流になるように配されている。
【０００５】
上記理由により、水熱交換器の正確な冷媒温度（凝縮温度）を把握する必要があるが、プレート式水熱交換器は上記構造のため、凝縮温度センサーをプレート式水熱交換器内部に取り付け、その中心部で温度を測定することは困難であり、さらに、プレート式水熱交換器の冷媒入口配管と出口配管に各々冷媒温度センサーを設けると、２個の温度センサーを必要とするため、高価になり、また、この２個の温度センサーにより検出された温度から冷媒温度を算出するのは余分な手段を必要とする。さらに、プレート式水熱交換器出入口の冷媒もしくは水出入口温度を検出してプレート式水熱交換器内部を推定するのは、正確さや信頼性に欠ける。
【０００６】
また、圧縮機などの保護に、圧力センサーをヒートポンプサイクル内に設けることが行われているが、圧力センサーは温度センサーに比べて高価である。
【０００７】
なお、圧縮機の出口及び水熱交換器の出口に温度センサーを設けたヒートポンプ式給湯装置が開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−３１５５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器内の冷媒凝縮温度を正確かつ安価に検知でき、ヒートポンプサイクルを保護できるヒートポンプ式給湯装置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】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、水熱交換器、減圧機構、熱源側熱交換器を順次配管接続して構成するヒートポンプサイクルを備えたヒートポンプ式給湯装置において、前記水熱交換器にプレート式水熱交換器を用い、このプレート式水熱交換器に並列に、絞り機構を備えたバイパス配管を設け、かつ、バイパス配管に温度センサーを取り付け、バイパス配管内を流れる冷媒温度を検知して、プレート式水熱交換器内を流れる冷媒温度を推定する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器内の冷媒凝縮温度を正確かつ安価に検知でき、ヒートポンプサイクルを保護できるヒートポンプ式給湯装置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】
【００１１】
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の概念図である。
【００１３】
図１に示すように、本第１実施形態のヒートポンプ式給湯装置１は、ヒートポンプサイクル２を備えている。このヒートポンプサイクル２は、圧縮機３、四方弁４、プレート式水熱交換器５、減圧機構６、熱源側熱交換器である空気熱交換器７を順次配管接続して構成され、冷媒回路が形成される。
【００１４】
また、プレート式水熱交換器５と並列に絞り機構であるキャピラリチューブ８ａを備えたバイパス配管８を設ける。
【００１５】
さらに、プレート式水熱交換器５には、給水管９、給湯管１０、給水ポンプ１１、配管ジョイント１２、貯湯タンク１３からなる給水湯回路１４が連通される。
【００１６】
図２及び図３に示すように、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器５は、冷媒流入管１５ｉ、給水管９及び給湯管１０が取り付けられた端板１６と、冷媒流出管１５ｏが取り付けられた端板１７間に、並列する複数の水流路１８ａを設けた水側伝熱板１８と、並列する複数の冷媒流路１９ａを設けた冷媒側伝熱板１９が気密的に組み立てられてなり、さらに、冷媒と水（もしくは不凍液などの媒体）が対向流になるように配されている。
【００１７】
なお、プレート式水熱交換器は図３に示す熱交換ユニットを１個あるいは必要に応じて複数個並列に接続し、積層して用いてもよい。
【００１８】
このような構造のプレート式水熱交換器５は、下記のようにして冷媒配管及び水湯配管に接続されている。例えば、冷媒流入管１５ｉは四方弁４を介して圧縮機３の吐出側に、冷媒流出管１５ｏは減圧機構６を介して熱源側の空気熱交換器７に連通され、給水管９は給水ポンプ１１を介して貯湯タンク１３に給水側に、給湯管１０は貯湯タンク１３の給湯側に各々配管接続される。
【００１９】
図１及び図４に示すように、ヒートポンプ式給湯装置１は装置全体を制御する制御装置２０を備え、この制御装置２０には、必要なインターフェイス（図示せず）を介して、インバータ式の回転数可変の圧縮機３、空気熱交換器用送風機２１、四方弁４、給水ポンプ１１、圧縮機３の吸込側配管に設けた吸込冷媒温度センサーＳ１、吐出側配管に設けた吐出冷媒温度センサーＳ２、空気熱交換器７の冷媒入口側配管に設けた吸込側温度センサーＳ３、空気熱交換器７に設けた空気熱交換器温度センサーＳ４、バイパス配管８に介設したキャピラリチューブ８ａ間ののバイパス配管中間部位に取り付けられた冷媒凝縮温度センサーＳ５、給水管９に設けた給水温度センサーＳ６、給湯管１０に設けた給湯温度センサーＳ７が接続され、制御装置２０はＣＰＵ２０ａ、メモリ２０ｂを備え、各温度Ｓ１〜Ｓ７からの温度情報あるいは使用者から指示される運転指令情報の内容に基づき、圧縮機３の運転方法、空気熱交換器用送風機２１、給水ポンプ１１の運転、四方弁４の動作などを制御する機能を有する。
【００２０】
次に、本ヒートポンプ式給湯装置の動作について説明する。
【００２１】
図１に示すヒートポンプユニット１の冷凍サイクルにおいて、圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、プレート式水熱交換器５で給湯水回路１４側へ放熱しながら凝縮され、冷媒から放熱された熱により給湯水回路１４の水を加熱する。
【００２２】
凝縮されてプレート式水熱交換器５から流出した冷媒は減圧機構６で減圧され、熱源側の空気熱交換器７に流入して外気と熱交換して、外気から吸熱し、蒸発ガス化される。さらに、熱源側空気熱交換器７から流出した低圧ガス冷媒は圧縮機３に吸い込まれる。
【００２３】
また、給湯水回路１４側では、プレート式水熱交換器５で冷媒から放熱された熱は、プレート式水熱交換器５の給水側に設けられた給水ポンプ１１により貯湯タンク１３の下部から導かれてプレート式水熱交換器５の給湯水回路１４側へ搬送される水に与えられる。ここで加熱、生成された湯は貯湯タンク１３の上部から流入し、貯湯タンク１３内に貯湯される。
【００２４】
本ヒートポンプ式給湯装置の動作時、使用者の給湯要求により、貯湯タンク１３から給湯され、ヒートポンプサイクル２の負荷が変動する。
【００２５】
この変動に対処するため、冷凍サイクルの能力、例えば圧縮機の回転数を制御して冷凍サイクルの能力を適正に制御する。
【００２６】
この制御は次のようにして行われる。
【００２７】
予め、本ヒートポンプ式給湯装置と同種のヒートポンプ式給湯装置の運転試験を行い、プレート式水熱交換器を流れる冷媒温度（実温度）と冷媒凝縮温度センサーにより検知されるキャピラリチューブの冷媒温度（測定温度）の相関を求め、メモリ２０ｂに記憶しておく。
【００２８】
冷媒凝縮温度センサーＳ５により常時プレート式水熱交換器５を流れる冷媒温度（測定温度）を検知して、制御装置２０により、プレート式水熱交換器５を流れる冷媒温度を演算する。このように、キャピラリチューブの中間の温度を計測することでプレート式水熱交換器の凝縮温度が推定できる。
【００２９】
この演算された冷媒凝縮温度に基づき圧縮機３の運転能力制御を行う。この運転能力制御は、冷媒凝縮温度から好ましい圧縮機の運転周波数を決定し、圧縮機３の回転制御を行ない、負荷に適正に対応させる。また、冷媒凝縮温度の異常値を検知したときは、ヒートポンプサイクルあるいは圧縮機に異常が生じたものとして、ヒートポンプ式給湯装置の運転を停止する。
【００３０】
なお、本第１実施形態のようなバイパス配管の冷媒温度（測定温度）を用いた冷媒凝縮温度の演算方法において、図５に示すように、所定の範囲外の圧縮機周波数では、バイパス配管を流れる冷媒量が変動し、測定温度と実温度に多少の誤差が生じるため、予め試験により凝縮温度の演算に用いるバイパス配管の冷媒温度の補正を行い、この補正された温度を用いてプレート式水熱交換器の凝縮温度を推定するのが好ましい。これにより、プレート式水熱交換器を流れる冷媒温度を適確に把握でき、ヒートポンプサイクルを確実に保護できる。
【００３１】
また、バイパス配管に温度センサーを設けることにより、圧力センサよりも安価になる。
【００３２】
本第１実施形態のヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器として用いるプレート式水熱交換器内の冷媒凝縮温度を正確かつ安価に検知でき、ヒートポンプサイクルの保護が実現する。
【００３３】
次に本発明の第２実施形態のヒートポンプ式給湯装置について説明する。
【００３４】
本第２実施形態は、第１実施形態のバイパス配管に、キャピラリチューブに換えて、電子膨張弁を設ける。
【００３５】
例えば、図６に示すように、本第２実施形態のヒートポンプ式給湯装置３１は、２個の電子膨張弁３２を備えたバイパス配管８を設け、このバイパス配管８に介設した２個の電子膨張弁３２間のバイパス配管中間部位に冷媒凝縮温度センサーＳ５を設ける。これにより、実施形態１と同様の効果が得られる。また、電子膨張弁３２の開度を圧縮機３の周波数に応じて変化させることにより、図７に示すように、圧縮機周波数の全範囲内で、測定温度と実温度に誤差が生じないため、測定温度を補正することなく、バイパス配管温度センサの測定温度をそのまま採用でき、さらに、凝縮温度を推定できる範囲が広がる。
【００３６】
なお、電子膨張弁はバイパス配管の温度センサ前後のいずれかに１個設け他をキャピラリチューブで構成させてもよい。
【００３７】
他の構成は図１に示すヒートポンプ式給湯装置と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の概念図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置に用いるプレート式水熱交換器の分解斜視図。
【図３】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置に用いるプレート式水熱交換器の縦断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置に用いる制御回路図。
【図５】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の圧縮機周波数と凝縮温度の関係の説明図。
【図６】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の概念図。
【図７】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の電子膨張弁の開度変化と凝縮温度の関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１…ヒートポンプ式給湯装置、２…ヒートポンプサイクル、３…圧縮機、５…プレート式水熱交換器、６…減圧機構、７…熱源側の空気熱交換器、８…バイパス配管、８ａ…キャピラリチューブ、９…給水管、１０…給湯管、１４…給水湯回路、１５ｉ…冷媒流入管、１５ｏ…冷媒流出管、１８…水側伝熱板、１８ａ…水流路、１９…冷媒側伝熱板、１９ａ…冷媒流路、２０…制御装置。
【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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【図６】
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【図７】
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