JP2012013350A - Hot-water heater - Google Patents
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Abstract
【課題】高入水温時の消費電力を低減し、成績係数の優れた温水暖房装置を提供する。
【解決手段】圧縮機1、冷媒対水用熱交換器(7、8)、減圧装置3、冷媒対空気用熱交換器4を順次接続したヒートポンプを加熱手段として用い、前記冷媒対水用熱交換器(7、8)を直列に複数接続して構成し、前記複数の冷媒対水用熱交換器(7、8)のうち、一方をバイパスするバイパス経路18を設けたことを特徴とする温水暖房装置で、熱負荷の変動時に冷媒対水用熱交換器の熱交換量及び冷却システム内の冷媒量を調整することで、圧縮機の吐出冷媒圧力の上昇を抑え、消費電力の増大を抑えるとともに運転効率の悪化を最小限に抑えた温水暖房装置を提供できる。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a hot water heating apparatus that reduces power consumption at the time of high water inlet temperature and has an excellent coefficient of performance.
A heat pump in which a compressor 1, a refrigerant-to-water heat exchanger (7, 8), a decompression device 3, and a refrigerant-to-air heat exchanger 4 are sequentially connected is used as a heating means, and the refrigerant-to-water heat is used. A plurality of exchangers (7, 8) are connected in series, and a bypass path 18 for bypassing one of the plurality of refrigerant-to-water heat exchangers (7, 8) is provided. By adjusting the amount of heat exchange of the refrigerant-to-water heat exchanger and the amount of refrigerant in the cooling system when the heat load fluctuates, the hot water heater suppresses the increase in refrigerant discharge refrigerant pressure and increases power consumption. It is possible to provide a hot water heater that suppresses deterioration of operating efficiency to a minimum.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、水を加熱し利用する温水暖房装置に関するものである。 The present invention relates to a hot water heating apparatus that heats and uses water.
現在、温水暖房装置としてはガスや電気ヒータ、または灯油等を用いて水を加熱する方式のものが大勢的であるが、近年のエネルギー利用効率化の要望の観点からヒートポンプを利用した温水暖房装置も徐々に一般世帯に普及していっている。 At present, there are many types of hot water heaters that use water, gas, electric heaters, or kerosene to heat water. However, in view of the recent demand for energy efficiency, hot water heaters that use heat pumps Is gradually spreading to ordinary households.
図2に従来の温水暖房装置の構成図を示す。ヒートポンプを利用した温水暖房装置にて加熱運転を行う場合、室外機6内にある圧縮機1で高温・高圧に加熱された冷媒は四方弁2から接続配管17を通じて室内機15内に設置している冷媒対水用熱交換器19で循環ポンプ11にて貯湯タンクや床暖房パネル等の温水利用手段16から送られてきた水と熱交換される。
The block diagram of the conventional warm water heating apparatus is shown in FIG. When the heating operation is performed by the hot water heater using the heat pump, the refrigerant heated to high temperature and high pressure by the
この結果、水は加熱されて湯になり、同時に冷媒温度は低下する。湯は再び温水利用手段16に戻され、貯湯タンクに貯められたり、床暖房パネルにて部屋の暖房を行ったりする。温度の下がった冷媒は減圧装置3を通じることにより低温・低圧の二相流に変化し、接続配管17を通じて室外機6内にある冷媒対空気用熱交換器4へ送られる。
As a result, the water is heated to hot water, and at the same time, the refrigerant temperature decreases. The hot water is returned to the hot water utilization means 16 and stored in a hot water storage tank or the room is heated by a floor heating panel. The refrigerant that has fallen in temperature changes to a low-temperature and low-pressure two-phase flow through the
前記冷媒対空気用熱交換器4では送風ファン5によって強制的に大気から熱を奪うことにより、内部の冷媒は蒸発し気化する。気化した冷媒は四方弁2から再び圧縮機1に吸い込まれ、高温・高圧に加熱されることにより再び水を加熱していく。
In the refrigerant-to-air heat exchanger 4, the internal refrigerant is evaporated and vaporized by forcibly removing heat from the atmosphere by the
外気温度が低い領域で運転を継続する場合、冷媒対空気用熱交換器4の温度が氷点下を下回るため大気中の水分が冷媒対空気用熱交換器4の表面に霜として付着し、加熱能力を低下させる。この霜を除去するために一定時間ごとまたは所定の冷媒対空気用熱交換器4温度に到達した場合に除霜運転を行い、冷媒対空気用熱交換器4の温度を上昇させることで霜を除去し、再び加熱運転を行う。 When the operation is continued in a region where the outside air temperature is low, since the temperature of the refrigerant-to-air heat exchanger 4 is below the freezing point, moisture in the atmosphere adheres to the surface of the refrigerant-to-air heat exchanger 4 as frost, and the heating capacity Reduce. In order to remove this frost, a defrosting operation is performed every predetermined time or when a predetermined temperature of the refrigerant-to-air heat exchanger 4 is reached, and the temperature of the refrigerant-to-air heat exchanger 4 is increased to remove the frost. Remove and perform heating operation again.
除霜運転時には圧縮機1で加熱された高温高圧の冷媒を、四方弁2を切り替えることにより、冷媒対空気用熱交換器4に送ることで、温度を上昇させる。冷媒対空気用熱交換器4で熱交換された冷媒は減圧装置3を通じることにより低温・低圧の二相流に変化し、接続配管17を通じて室内機15内にある冷媒対水用熱交換器19に送られ、内部の冷媒は水と熱交換を行うことにより蒸発し、気化する。気化した冷媒は、接続配管17から四方弁2を通じ再び圧縮機1に吸い込まれ、高温・高圧に加熱されることにより再び霜を溶かしていく(例えば、特許文献1参照)。
During the defrosting operation, the temperature is raised by sending the high-temperature and high-pressure refrigerant heated by the
しかしながら、温水利用手段で利用する熱量が小さくなってくると冷媒対水用熱交換器に帰ってくる水の温度が高く推移するため、圧縮機の吐出冷媒圧力が上昇し、消費電力が増大するとともに運転効率が悪化してしまうという問題がある。 However, when the amount of heat used by the hot water utilization means decreases, the temperature of the water returning to the refrigerant-to-water heat exchanger changes to a high level, so that the discharge refrigerant pressure of the compressor increases and the power consumption increases. At the same time, there is a problem that driving efficiency deteriorates.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱負荷の変動時に冷媒対水用熱交換器の熱交換量及び冷却システム内の冷媒量を調整することで、圧縮機の吐出冷媒圧力の上昇を抑え、消費電力の増大を抑えるとともに運転効率の悪化を最小限に抑えた温水暖房装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and adjusts the heat exchange amount of the refrigerant-to-water heat exchanger and the refrigerant amount in the cooling system when the heat load fluctuates, thereby reducing the discharge refrigerant pressure of the compressor. An object of the present invention is to provide a hot water heating apparatus that suppresses an increase in power consumption and suppresses deterioration in operating efficiency to a minimum.
前記従来の課題を解決するために、本発明の温水暖房装置は、圧縮機、冷媒対水用熱交換器、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を順次接続したヒートポンプを加熱手段として用い、前記冷媒対水用熱交換器を直列に複数接続して構成し、前記複数の冷媒対水用熱交換器のうち、一方をバイパスするバイパス経路を設けたことを特徴とするもので、熱負荷の変動時に冷媒対水用熱交換器の熱交換量及び冷却システム内の冷媒量を調整することで、圧縮機の吐出冷媒圧力の上昇を抑え、消費電力の増大を抑えるとともに運転効率の悪化を最小限に抑えた温水暖房装置を提供できる。 In order to solve the conventional problems, the hot water heating apparatus of the present invention uses a heat pump in which a compressor, a refrigerant-to-water heat exchanger, a decompression device, and a refrigerant-to-air heat exchanger are sequentially connected as heating means, A plurality of the refrigerant-to-water heat exchangers are connected in series, and a bypass path for bypassing one of the plurality of refrigerant-to-water heat exchangers is provided. By adjusting the amount of heat exchange of the refrigerant-to-water heat exchanger and the amount of refrigerant in the cooling system at the time of fluctuations, it is possible to suppress an increase in the refrigerant pressure discharged from the compressor, to suppress an increase in power consumption and to deteriorate operating efficiency. It is possible to provide a hot water heater that is minimized.
本発明によれば、熱負荷の変動時に冷媒対水用熱交換器の熱交換量及び冷却システム内の冷媒量を調整することで、圧縮機の吐出冷媒圧力の上昇を抑え、消費電力の増大を抑えるとともに、運転効率の悪化を最小限に抑えた温水暖房装置を提供できる。 According to the present invention, by adjusting the heat exchange amount of the refrigerant-to-water heat exchanger and the refrigerant amount in the cooling system when the heat load fluctuates, the increase in the discharge refrigerant pressure of the compressor is suppressed and the power consumption increases. In addition, it is possible to provide a hot water heater that suppresses deterioration of operating efficiency to a minimum.
第1の発明は、圧縮機、冷媒対水用熱交換器、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を順次接続したヒートポンプを加熱手段として用い、前記冷媒対水用熱交換器を直列に複数接続して構成し、前記複数の冷媒対水用熱交換器のうち、一方をバイパスするバイパス経路を設けたことを特徴とする温水暖房装置で、熱負荷の変動時に冷媒対水用熱交換器の熱交換量及び冷却システム内の冷媒量を調整することで、圧縮機の吐出冷媒圧力の上昇を抑え、消費電力の増大を抑えるとともに運転効率の悪化を最小限に抑えた温水暖房装置を提供できる。 1st invention uses the heat pump which connected the compressor, the refrigerant | coolant-to-water heat exchanger, the decompression device, and the refrigerant | coolant-to-air heat exchanger sequentially as a heating means, and the said refrigerant | coolant-to-water heat exchanger is plurally connected in series. A hot water heating apparatus comprising a bypass path that bypasses one of the plurality of refrigerant-to-water heat exchangers and is connected to the refrigerant-to-water heat exchanger when the heat load fluctuates By adjusting the amount of heat exchange and the amount of refrigerant in the cooling system, we provide a hot water heater that suppresses the increase in compressor discharge refrigerant pressure, suppresses power consumption, and minimizes deterioration in operating efficiency. it can.
第2の発明は、前記バイパス経路の接続部に三方弁を設けたことを特徴とするもので、熱負荷が変動した際に熱交換量及び冷媒量を変化させることができる。 The second invention is characterized in that a three-way valve is provided at the connecting portion of the bypass path, and the heat exchange amount and the refrigerant amount can be changed when the heat load fluctuates.
第3の発明は、前記冷媒対水用熱交換器への入水温度に基づいて、前記三方弁を動作させることを特徴とするもので、熱負荷である加熱前の水温に基づいて、より適切な熱交換量及び冷媒量に調整することができる。 The third invention is characterized in that the three-way valve is operated based on the temperature of water entering the refrigerant-to-water heat exchanger, and is more appropriate based on the water temperature before heating, which is a heat load. The amount of heat exchange and the amount of refrigerant can be adjusted.
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における温水暖房装置の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a hot water heating apparatus according to
温水暖房装置は、圧縮機1、四方弁2、減圧装置3、冷媒対空気用熱交換器4、送風ファン5からなる室外機6と、第1冷媒対水用熱交換器7、第2冷媒対水用熱交換器8、冷媒回路切替用三方弁A9、冷媒回路切替用三方弁B10、循環ポンプ11、入水温検知手段12、出水温検知手段13、制御手段14からなる室内機15により構成される。室内機15の水循環経路には貯湯タンクや床暖房パネル等の温水利用手段16が接続されてい
る。
The hot water heater includes an
入水温検知手段12は温水利用手段16から第1冷媒対水用熱交換器7に戻ってくる水温を検出するものであり、出水温検知手段13は第2冷媒対水用熱交換器8を出たところの水温を検出するものである。また、制御手段14は圧縮機1の運転周波数、減圧装置3の開度、送風ファン5の回転数、冷媒回路切替用三方弁A9、冷媒回路切替用三方弁B10の流路切替等を制御する。
The incoming water temperature detecting means 12 detects the water temperature returning from the hot water utilization means 16 to the first refrigerant-to-water heat exchanger 7, and the outgoing water temperature detecting means 13 detects the second refrigerant-to-
上記の温水暖房装置では、前記圧縮機1より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、四方弁2から接続配管17を通じて室内機15内に設置している第1冷媒対水用熱交換器7に流入し、ここで温水利用手段16から循環ポンプ11を経由して送られてきた水を加熱する。
In the hot water heating apparatus, the high-temperature and high-pressure superheated gas refrigerant discharged from the
高温・高圧の過熱ガス冷媒は水と第1冷媒対水用熱交換器7内で熱交換を行うことにより温度が低下し液化する。入水温検知手段12が所定の温度(例えば50℃)未満を検知している場合、冷媒は冷媒回路切替用三方弁A9を経由して第2冷媒対水用熱交換器8に送られ、さらに水と熱交換を行う。
The high-temperature / high-pressure superheated gas refrigerant undergoes heat exchange in the first refrigerant-to-water heat exchanger 7 to lower the temperature and liquefy. When the incoming water temperature detection means 12 detects a temperature lower than a predetermined temperature (for example, 50 ° C.), the refrigerant is sent to the second refrigerant-to-
液化した冷媒は冷媒回路切替用三方弁B10から再び接続配管15を通じて前記減圧装置3で減圧され、前記冷媒対空気用熱交換器4に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、四方弁2を通じて前記圧縮機1へ戻る。一方、第1冷媒対水用熱交換器7及び第2冷媒対水用熱交換器8で加熱された高温水は、温水利用手段16に送られ、給湯や暖房の熱源として必要に応じて利用される。
The liquefied refrigerant is decompressed by the
ここで、温水利用手段16での熱利用が減少すると、加熱された高温水の温度がそれほど下がることなく第1冷媒対水用熱交換器7に戻ってくることとなる。入水温検知手段12が所定の温度(例えば50℃)以上を検知した場合、制御手段14によって冷媒回路切替用三方弁A9と冷媒回路切替用三方弁B10が切り替わり、一定量の冷媒を第2冷媒対水用熱交換器8内に保持すると同時に他の冷媒は第2冷媒対水用熱交換器8内を通過せずバイパス経路18を経由して減圧装置3に送られる。
Here, if the heat utilization in the hot water utilization means 16 decreases, the temperature of the heated high-temperature water will return to the first refrigerant-to-water heat exchanger 7 without much lowering. When the incoming water temperature detection means 12 detects a predetermined temperature (for example, 50 ° C.) or higher, the control means 14 switches the refrigerant circuit switching three-way valve A9 and the refrigerant circuit switching three-way valve B10 to convert a certain amount of refrigerant into the second refrigerant. While being held in the
一般的に入水温度が高温になってくると圧縮機1の冷媒吐出圧力及び冷媒吐出温度が上昇するため消費電力が増大し、システム全体の成績係数(以下COPという)が悪化の一途をたどるが、本実施の形態では入水温度が高温になってくると冷媒の一部を強制的に冷凍サイクルから除去することができるため、冷媒吐出圧力及び冷媒吐出温度の上昇を抑えることが可能となり、消費電力の増大を抑えることができる。これより、高入水温でのCOPを従来よりも向上させることができ、省エネルギー性に優れた温水暖房装置の提供が可能となる。
Generally, when the incoming water temperature becomes high, the refrigerant discharge pressure and the refrigerant discharge temperature of the
なお、本実施の形態では、冷媒回路切替用三方弁Aと冷媒回路切替用三方弁Bとを、第2冷媒対水用熱交換器の前後に設置している構造としているが、第1冷媒対水用熱交換器の前後に設置しても同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the refrigerant circuit switching three-way valve A and the refrigerant circuit switching three-way valve B are arranged before and after the second refrigerant-to-water heat exchanger. Even if it is installed before and after the heat exchanger for water, the same effect can be obtained.
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは、必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。 Note that the various materials and numerical values shown in this embodiment are not necessarily limited to these, and there is no problem with other materials and numerical values as long as they can play a predetermined role.
以上のように、本発明にかかる温水暖房装置は、負荷の変動に従い冷媒量を調整して運転を行うことができるため、冷凍サイクルを使用して水を加熱する製品全般に適用することができる。 As described above, the hot water heating apparatus according to the present invention can be operated by adjusting the amount of refrigerant according to the load variation, and therefore can be applied to all products that heat water using a refrigeration cycle. .
1 圧縮機
3 減圧装置
4 冷媒対空気用熱交換器
7 第1冷媒対水用熱交換器
8 第2冷媒対水用熱交換器
9 冷媒回路切替用三方弁A
10 冷媒回路切替用三方弁B
12 入水温検知手段
18 バイパス経路
DESCRIPTION OF
10 Three-way valve B for refrigerant circuit switching
12 Inlet water temperature detection means 18 Bypass route
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Cited By (5)
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2010
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