(57)【要約】  【課題】  ヒートポンプ式給湯機において、給水温度を上げた場合でも、圧縮機運転圧力が高くなり過ぎないようにする。  【解決手段】  圧縮機１０、水・冷媒熱交換器２０、減圧器３０、蒸発器４０を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ式給湯機において、圧縮機から吐出される冷媒の一部を開閉弁７０、減圧器８０を通して圧縮機に吸入させる構造を持たせる。開閉弁は、圧縮機の吐出圧力が所定の値以上となったときに開ける。また、除霜運転時にも、開閉弁を開ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水・冷媒熱交換器、減圧器及び蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ式給湯機において、
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。
【請求項２】
圧縮機、水・冷媒熱交換器、減圧器及び蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ式給湯機において、
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。
【請求項３】
圧縮機、四方弁、水・冷媒熱交換器及び蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ式給湯機において、
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。
【請求項４】
請求項１〜３において、前記冷媒を臨界点以下で動作する冷媒を用いることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
請求項４において、前記冷媒はＲ４１０Ａ又はＲ４０７Ｃであることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項６】
請求項１〜３において、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項７】
請求項１〜３において、前記冷媒がＨＣ冷媒であることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１１０１４号公報（特に段落「００１４」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すヒートポンプ式給湯機のブロック図である。
【図２】従来の形態であるヒートポンプ式給湯機のブロック図である。
【図３】従来の形態であるヒートポンプ式給湯機のｐ−ｈ線図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示すヒートポンプ式給湯機のｐ−ｈ図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示すヒートポンプ式給湯機除霜時のｐ−ｈ図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示すヒートポンプ式給湯機のブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示すヒートポンプ式給湯機のブロック図である。
【符号の説明】
【００１８】
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。
【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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