JP2012013350A

JP2012013350A - 温水暖房装置

Info

Publication number: JP2012013350A
Application number: JP2010151779A
Authority: JP
Inventors: Masahito Megata; 雅人目片
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-19

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

特開２００８−８２６５３号公報

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。

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。

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。

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。

本発明の実施の形態１における温水暖房装置の構成図従来の温水暖房装置の構成図

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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。
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請求項１に記載の温水暖房装置。
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請求項２に記載の温水暖房装置。