JP2012172869A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外部装置を必要とせず、消費電力の増大を防止するとともに、沸き上げ運転中であっても除霜運転を同時に行うことができる熱効率の高いヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る給湯用又は暖房用ヒートポンプ装置は、ヒートポンプサイクルと、湯水又はブラインが循環する第１循環回路と、該第１循環回路に三方弁を介して接続される除霜用の第２循環回路から構成されるものであって、さらに貯湯タンクの流入付近に設けた流量調整弁とヒートポンプサイクルの電子調整弁の調整により、除霜後に温度低下した湯水又はブラインの温度を短時間で昇温させることで、熱効率の高いヒートポンプ装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本件発明は、給湯や冷暖房に使用されるヒートポンプ装置及びその除霜方法に関するものである。

従来より、給湯や冷暖房装置などにヒートポンプ装置が使用されているが、冬季など外気温が低下した場合には、外気との熱交換を行う蒸発器において着霜が生じ、加熱能力が低下するという問題が生じていた。

そこで、このような着霜による加熱能力低下を防止するため蒸発器の除霜が必要となるが、その除霜方法としては、外部から温水散布して除霜する方法や、電気ヒータなどの外部熱源からの加熱手段を設けてその加熱により除霜を行う方法がある。また、圧縮機から吐出された高温の冷媒を蒸発器に直接流すことで除霜を行うホットガス方式も行なわれている。

特開２０１０−２１５６号公報

しかしながら、外部機器からの温水散布や電気加熱には新たな電力が必要となり、経済的ではない。また、ホットガス方式では、高温の冷媒が圧縮機から蒸発器へ供給されるため、この間暖房運転が停止することになり、暖房効力や加熱効力が低下するという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑み、外部装置を必要とせず、消費電力の増大を防止し、かつ、熱効率の高いヒートポンプ装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器、減圧器及び蒸発器を接続して冷媒を循環させるヒートポンプサイクルと、湯水やブラインを貯湯する貯湯タンクと放熱器を接続してなる第１循環回路とから構成される給湯用又は冷暖房用のヒートポンプ装置において、第１循環回路の貯湯タンクと放熱器との間に三方弁と接続部を設け、該三方弁から蒸発器内を通って前記接続部に戻るように第２循環回路を形成し、さらに前記接続部と貯湯タンク間に流量調整弁を設けたことを特徴とするものであって、前記第２循環回路を設けたことで、給湯や暖房運転を停止することなく蒸発器の除霜をすることができ、また、給湯や暖房にしようされた戻り湯やブライン等の排熱・リサイクル熱を使用して除霜することで、熱の効率的な利用が可能となる。

また、前記蒸発器は、冷媒が循環する配管と、戻り湯又はブラインが循環する配管とが貫通した複数のフィンを備えていることを特徴とするものであって、そのため熱効率の高い加熱及び除霜が可能となる。

本発明によれば、給湯や暖房運転を停止することなく除霜を行うことができるため、熱効率の高い給湯や暖房用のヒートポンプ装置を提供できる。

また、給湯や暖房に使用された戻り湯やブラインの排熱・リサイクル熱を利用して除霜を行うため、外部からの別の熱源が不要であり、経済的である。

さらに本発明によれば、除霜に使用され温度が低下した戻り湯やブラインを、流量調整弁による流量調整と、電子膨張弁による温度調整により、短時間で設定温度まで昇温することができるため、熱効率の高いヒートポンプ装置を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 図２は本発明における除霜運転時の一実施形態を示す概略構成図である。 図３本発明の蒸発器におけるフィンと配管の関係を示す説明図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 本発明のヒートポンプ装置は、給湯もしくは暖房用に使用されるものであって、図１に示すように、ヒートポンプサイクル１、湯水又はブラインが貯湯タンク２０と放熱器１２を循環する第１循環回路２、蒸発器１０の除霜のための第２循環回路３により構成される。

ヒートポンプサイクル１は、圧縮機１４、四方弁１５、放熱器１２、減圧器としての電子膨張弁１３、蒸発器１０を順次配管接続して構成し、配管内には冷媒が充填されている。冷媒としては、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等である。また、蒸発器１０の近傍には、冷媒と熱交換をするための空気を蒸発器１０に送り込むためのファン１１が設けられている。

電子膨張弁１３は、外気温、湿度、冷媒の温度等をセンサが検知し、制御部の指令によって作動し温度調整を行うものであるが、後述する流量調整弁１７の流量調整と連動して作動することで、第２循環経路３の除霜後の戻り湯やブラインを、短時間で設定温度まで昇温させることができ、効率的な熱の使用が可能となる。

蒸発器１０は、ファン１１から送り込まれる空気と冷媒との間で熱交換をするものであり、図３に示すように、ヒートポンプサイクル１の冷媒が循環する配管２５と、第２循環回路３の戻り湯又はブラインが循環する配管２６とが貫通した複数のフィンを備えている。配管２６内を給湯や暖房に使用された戻り湯又はブラインが循環することにより、蒸発器１０の除霜を行うことができる。

放熱器１２は、ヒートポンプサイクル１の冷媒が流れる流路と、第１循環回路の湯水又はブラインが流れる流路と有しており、圧縮機１４で高温高圧状態となった冷媒と、第１循環回路を循環する湯水又はブラインとの熱交換をするものである。

第１循環回路２は、図１に示すように、ヒートポンプサイクル１の放熱器１２、貯湯タンク２０、ポンプ２４、三方弁１６、流量調整弁１７を順次配管接続して構成している。第１循環回路を循環する液体（温水又はブライン）は、放熱器１２において冷媒の熱との熱交換により加熱され、その加熱された液体が貯湯タンク２０に貯湯される。そして、給湯の場合は、貯湯タンク２０から必要に応じて分配器を介して給湯され、また、暖房の場合は、給湯タンク２０から温水又はブラインが分配器を介して供給循環される。

尚、貯湯タンク２０内の温水又はブラインは、その温度を保つ為に、一定量が第１循環回路２を循環して、放熱器１２で再度加熱されて貯湯タンク２０に貯湯される。

第２循環回路３は、図２に示すように、第１循環回路の貯湯タンク２０から放熱器１２への流路の所定位置に、三方弁１６と接続部１９が設けられ、該三方弁１６と接続部１９が配管接続されて構成されている。この第２循環回路３は、三方弁１６から、蒸発器１０内を通り、接続部１９を介して第１循環回路に戻る構成となっている。そして、該第２循環回路３は、蒸発器１０内において、図３のとおり、複数のフィン１８を貫通する構成となっている。

次に、本発明のヒートポンプ装置の動作について説明する。本件発明のヒートポンプ装置は、図示していないが、外気温、湿度、冷媒の温度、湯水又はブラインの温度等を検知する各種センサを備えており、さらに各センサの検出値に基づき圧縮機１４、電子膨張弁１３、流量調整弁１７、三方弁１６等を制御する制御部を有している。

まず、図１を参照して、第１循環回路２内の液体を加熱して貯湯タンク２０に貯湯する場合の動作について説明する。圧縮機１４により超臨界圧状に圧縮された冷媒は、高温高圧状態となって放熱器１２に送られる。そして放熱器１２において、第１循環回路２内を循環する液体との熱交換により該液体を加熱し、温水等が生成される。この温水等が、第１循環回路を循環し、貯湯タンク２０に貯湯される。このとき、制御部が除霜の必要がないと判断した場合は、その制御により三方弁１６の第２循環回路３への弁は閉となり、温水等は第１循環回路２のみを循環する。

放熱器１２の熱交換により低温となった冷媒は、電子膨張弁１３によって減圧されて低温低圧状態となり、蒸発器１０に供給される。蒸発器１０では、低温低圧の冷媒は、ファン１１によって送り込まれた空気との熱交換により加熱され、圧縮機１４に供給される。

上述のように冷媒が循環することで、第１循環回路２内を循環する液体が加熱されて、貯湯タンク２０に温水等が貯湯されることになる。

次に、図２を参照して、蒸発器１０の除霜をする場合の動作について説明する。上述した沸き上げ運転中に、各種センサの検出値に基づき、制御部が除霜の必要があると判断した場合、その制御により三方弁１６の第２循環回路への弁が開となり、貯湯タンク２０からの戻り湯又は戻りブラインが第２循環回路３に供給される。このとき、沸き上げ運転は停止することなく運転が継続される。

第２循環回路３に供給された戻り湯等は、一定の温度を有していることから、蒸発器１０のフィン１６を貫通した配管内を循環することにより、配管からの伝導熱や輻射熱により蒸発器１０の除霜をすることができる。また、蒸発器１０に着霜がない場合であっても、第２循環回路３を戻り湯が循環することにより、着霜防止をすることができる。

蒸発機１０を通過して除霜を行った戻り湯又は戻りブラインは、その後第１循環回路に戻った後、放熱器１２へと供給され再度加熱される。しかし、この戻り湯又は戻りブラインは、除霜により温度がかなり低下しているため、単なる沸き上げ運転に比べ、放熱機１２における加熱効果が低減することになる。

そこで、本発明では、放熱器１２の流入口付近に流量調整弁を設け、各センサの検出値に基づく制御部により、流量調整弁１７及び電子膨張弁１６の弁の開度を制御して流量及び温度をコントロールして、温水又はブラインの短時間での昇温を可能としている。

このように本発明は、沸き上げ運転と同時に除霜運転をすることができるため、熱効率を低下させることなく除霜することができる。また、給湯又は暖房用に供給された戻り湯又はブラインの排熱を利用して除霜を行うため、外部電源を必要とせず、経済的である。さらに、流量調整弁と電子膨張弁の連動した制御により、湯水又はブラインを短時間で昇温することできるため、除霜による熱効率の低下を防止し、温水又はブラインの温度を効率的に保つことができるものである。

１ ヒートポンプサイクル
２ 第１循環回路
３ 第２循環回路
１０ 蒸発器
１１ ファン
１２ 放熱器
１３ 減圧器（電子膨張弁）
１４ 圧縮機
１５ 四方弁
１６ 三方弁
１７ 流量調整弁
１８ フィン
２０ 貯湯タンク

Claims (2)

1. 圧縮機、放熱器、減圧器及び蒸発器を接続して冷媒を循環させるヒートポンプサイクルと、湯水温水やブラインを貯湯する貯湯タンクと放熱器を接続してなる第１循環回路とから構成される給湯用又は冷暖房用のヒートポンプ装置において、第１循環回路の貯湯タンクと放熱器との間に三方弁と接続部を設け、該三方弁から蒸発器内を通って前記接続部に戻るように第２循環回路を形成し、さらに前記接続部と貯湯タンク間に流量調整弁を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記蒸発器は、冷媒が循環する配管と、戻り湯又はブラインが循環する配管とが貫通した複数のフィンを備えていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。