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発明の名称 ヒートポンプ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−10257(P2007−10257A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−193380(P2005−193380)
出願日 平成17年7月1日(2005.7.1)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 中谷 和生 / 藤高 章 / 諌山 安彦
要約 課題
通常の給湯運転や高温の給湯運転を行う場合にも圧縮機の性能を常に高く維持することによりヒートポンプ装置の性能を高くすることができ、また、高温の給湯を長時間運転する場合にも、圧縮機の信頼性を維持できるヒートポンプ装置を提供すること。

解決手段
圧縮機31、放熱器32、絞り装置33、蒸発器34を順次接続して冷媒回路を構成し、前記圧縮機31の潤滑油を冷却する補助熱交換器42を設けたことを特徴とするもので、シェル40内の潤滑油が冷却され、温度の下がった潤滑油がメカ回転軸を通ってメカ部に送られるので、高温の給湯運転でも潤滑油の粘度が低下することがなくなり、メカ部の隙間のシール性が良好となって十分な圧縮ができ、高効率な運転が可能となる。
特許請求の範囲
【請求項1】
圧縮機、放熱器、絞り装置、蒸発器を順次接続して冷媒回路を構成し、前記圧縮機の潤滑油を冷却する補助熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項2】
補助熱交換器をバイパスするバイパス回路を設け、前記バイパス回路上に開閉弁を配設したことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ装置。
【請求項3】
補助熱交換器は圧縮機のシェル内に設けたことを特徴とする請求項1または2記載のヒートポンプ装置。
【請求項4】
補助熱交換器内を流れる冷却熱源として、絞り装置の出口から圧縮機の入口までの間の冷媒を用いたことを特徴とする請求項1または2記載のヒートポンプ装置。
【請求項5】
補助熱交換器内を流れる冷却熱源として、放熱器入口から絞り装置入口までの間の冷媒を用いたことを特徴とする請求項1または2記載のヒートポンプ装置。
【請求項6】
補助熱交換器内を流れる冷却熱源として、放熱器の吸熱源を用いたことを特徴とする請求項1または2記載のヒートポンプ装置。
【請求項7】
圧縮機のシェル内の圧力は、圧縮機の吐出圧力と略同等としたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項8】
圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検出手段を設け、前記吐出温度検出手段の検出温度と予め設定した所定値とを比較して、前記吐出温度検出手段の検出温度が、前記所定値より高い場合に、前記開閉弁を閉止することを特徴とする請求項2記載のヒートポンプ装置。
【請求項9】
放熱器の吸熱源として給湯水を用いたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項10】
冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のヒートポンプ装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明はヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種のヒートポンプ装置は、たとえばヒートポンプ給湯機として利用された図5に示すものがある。(たとえば特許文献1参照)
図5は従来のヒートポンプ給湯機のサイクル構成図であり、圧縮機1、給湯用熱交換器2、絞り装置3、蒸発器4からなる冷媒循環回路と、貯湯槽5、循環ポンプ6、前記給湯用熱交換器2、補助加熱器19を接続した給湯回路からなり、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前記給湯用熱交換器2に流入し、ここで前記循環ポンプ6から送られてきた給湯水を加熱する。
【0003】
そして、凝縮液化した冷媒は前記絞り装置3で減圧され、前記蒸発器4に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機1にもどる。一方、前記給湯用熱交換器2で加熱された湯は前記貯湯槽5の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。
【0004】
そして、前記給湯用熱交換器2の入口水温が設定値に達すると水温検知器20が検知し、前記圧縮機1によるヒートポンプ運転を停止して、前記補助加熱器19の単独運転に切り換えるものである。なお、ここでは圧縮機1はシェル内が略吐出圧力となっている高圧シェル型圧縮機を搭載している。
【特許文献1】特開昭60−164157号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のような従来の構成では、給湯用に供する湯をたとえば90℃程度に高温加熱する場合には、給湯用熱交換器2での冷媒凝縮温度を高くする必要があり、そのためには圧縮機1の吐出ガス圧力を上昇し、吐出ガス温度を上昇させる必要がある。
【0006】
圧縮機1は高圧シェル型圧縮機であるので、メカ部から吐出された高温高圧の潤滑油を含んだ吐出ガスがシェル内に一旦吐出され、モータ部を冷却して、自らはさらに高温のガスとなって圧縮機1の外部に吐出されるためシェル内は高温の状態となる。
【0007】
また、圧縮機1のシェル下部には潤滑油が貯留されており、油ポンプによりメカ部に送られ、メカ部を潤滑する。先に述べたようにシェル内は高温のため、貯留されている潤滑油の温度は吐出ガスと同程度に高く、メカ部に送られる潤滑油もシェル内のメカ回転軸を通ってメカ部に高温のまま送られる。
【0008】
一般的に圧縮機1の潤滑油は温度が上がるほどその粘度が低下するため、高温の潤滑油はメカ部の隙間のシール性が悪いため、十分な圧縮ができなくなる。そのため従来の構成では、高温でも潤滑油の粘度を比較的高く保てるようにするため、低温での粘度を必要以上に高いものを使用していた。
【0009】
そのため、通常の給湯運転時には、潤滑油の粘性抵抗によりメカ部の機械効率が低下し、圧縮機効率が低下し、ヒートポンプ性能が低下していた。また、高温の給湯を長時間運転する場合には、潤滑油が長時間高温となるため潤滑油の劣化が早まり、圧縮機の信頼性に悪い影響を及ぼしていた。
【0010】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、通常の給湯運転や高温の給湯運転を行う場合にも圧縮機の性能を常に高く維持することによりヒートポンプ装置の性能を高くすることができ、また、高温の給湯を長時間運転する場合にも、圧縮機の信頼性を維持できるヒートポンプ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】
【0011】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器、絞り装置、蒸発器を順次接続して冷媒回路を構成し、前記圧縮機の潤滑油を冷却する補助熱交換器を設けたことを特徴とするもので、シェル内の潤滑油が冷却され、温度の下がった潤滑油がメカ回転軸を通ってメカ部に送られるので、高温の給湯運転でも潤滑油の粘度が低下することがなくなり、メカ部の隙間のシール性が良好となって十分な圧縮ができ、高効率な運転が可能となる。
【0012】
また、メカ部に供給される潤滑油の温度が、通常の給湯運転時と高温給湯運転時とでほぼ同等にできるので、潤滑油の粘度をいずれの条件でも好適にできるため、いずれの条件でも高効率な運転が可能となる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、いずれの条件においても潤滑油の粘度を好適に保てるので、メカ部の隙間のシール性が良好となり、高効率な運転ができるヒートポンプ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
第1の発明は、圧縮機、放熱器、絞り装置、蒸発器を順次接続して冷媒回路を構成し、前記圧縮機の潤滑油を冷却する補助熱交換器を設けたことを特徴とするもので、シェル内の潤滑油が冷却され、温度の下がった潤滑油がメカ回転軸を通ってメカ部に送られるので、高温の給湯運転でも潤滑油の粘度が低下することがなくなり、メカ部の隙間のシール性が良好となって十分な圧縮ができ、高効率な運転が可能となる。
【0015】
第2の発明は、特に、第1の発明の補助熱交換器をバイパスするバイパス回路を設け、前記バイパス回路上に開閉弁を配設したことを特徴とするもので、起動時等の潤滑油温度が低い場合には、冷却を停止することができ、潤滑油の温度を制御して、粘度を好適にできるため、起動時にも高効率な運転が可能となる。
【0016】
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の補助熱交換器を圧縮機のシェル内に設けるもので、補助熱交換器に要するスペースを別に確保する必要がなくなるため、小型のヒートポンプ装置を提供できる。
【0017】
第4の発明は、特に、第1または第2の発明の補助熱交換器内を流れる冷却熱源として、絞り装置の出口から圧縮機の入口までの間の冷媒を用いるもので、圧縮機の吸入ガス温度を上昇させ、吐出ガス温度を上昇させることができるので、高温給湯運転時に高圧を低下させることができ、高効率な運転が可能となる。
【0018】
第5の発明は、特に、第1または第2の発明の補助熱交換器内を流れる冷却熱源として、放熱器入口から絞り装置入口までの間の冷媒を用いるもので、放熱器出口温度が上昇するので、蒸発器入口エンタルピーが増加するので、空気からの吸熱量を少なくできるので、低圧が上昇し、圧縮機の必要動力が減少できるので高効率な運転が可能となる。
【0019】
第6の発明は、特に、第1または第2の発明の補助熱交換器内を流れる冷却熱源として、放熱器の吸熱源を用いるもので、吸熱源の放熱器への入口温度が上昇して加熱能力に寄与でき、高効率なヒートポンプ装置を構成できる。
【0020】
第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれかの発明の圧縮機のシェル内の圧力は、圧縮機の吐出圧力と略同等とするもので、潤滑油のあるシェル内はヒートポンプ装置内意で最も高温となるため、潤滑油の温度を低減するための冷却源の選択の自由度が増し、容易に簡単な回路を構成することができる。
【0021】
第8の発明は、特に、第2の発明の圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検出手段を設け、前記吐出温度検出手段の検出温度と予め設定した所定値とを比較して、前記吐出温度検出手段の検出温度が、前記所定値より高い場合に、前記開閉弁を閉止することを特徴とするもので、潤滑油温度が高い時にのみ潤滑油を冷却することができ、メカ部に供給される潤滑油の温度を制御していずれの条件でも好適な粘度にできるため、いずれの条件でも高効率な運転が可能となる。
【0022】
第9の発明は、特に、第1〜第8のいずれかの発明の放熱器の吸熱源として給湯水を用いるもので、給湯水の放熱器への入口温度が上昇して加熱能力に寄与でき、また、水部品による回路構成が可能なため耐圧部品を設ける必要がなく、安価なヒートポンプ装置を構成できる。
【0023】
第10の発明は、特に、第1〜第9のいずれかの発明の冷媒として炭酸ガスを用いたもので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。
【0024】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0025】
なお、各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【0026】
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ装置の構成図を示すものである。図1において、圧縮機31、放熱器32、絞り装置33、蒸発器34を順に環状に接続し、冷媒として炭酸ガスを封入して冷媒循環回路を形成し、蒸発器34は外気を送風するためのファン35を備えている。
【0027】
また、貯湯槽36、循環ポンプ37、放熱器32を順に接続した給湯回路を形成しており、圧縮機31より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は放熱器32に流入し、ここで循環ポンプ37から送られてきた給湯水を加熱するようになっている。
【0028】
圧縮機1は、吸入配管38から低圧の冷媒ガスを吸入し、吐出配管39より高圧の冷媒ガスを吐出する。また、シェル40の内部には潤滑油41が貯留されており、圧縮機1のメカ部を潤滑する役目をなしている。
【0029】
さらに、蒸発器34と圧縮機31の吸入配管38の間に、補助熱交換器42を設けてあり、これは圧縮機1のシェル40の下部に位置しており、潤滑油41と間接的に熱交換するようにしている。また、補助熱交換器42をバイパスする回路43を設け、その途中に開閉弁44を設けている。
【0030】
さらに、圧縮機1の吐出配管39近傍に、吐出ガス温度を検知する吐出ガス温度センサー45と、その温度を検知し開閉弁44の開閉を制御する制御装置46が設けられている。この制御装置46は、吐出ガス温度センサー45の温度と、あらかじめ設定した温度と
を比較して、吐出ガス温度が設定温度より高い場合に開閉弁44を閉止するように制御する。
【0031】
なお、圧縮機31の構造について詳細な説明を図2を用いて説明する。図2において、図1と同じ部品については、省略せず同一の番号を付している。
【0032】
シェル40の内部には、モータ部50、メカ部51が配置され、また、下部には潤滑油41をメカ部に供給するポンプ部52が配置され、ポンプ部52で吸引された潤滑油41は軸53の内部に通路を通ってメカ部51に供給される構造になっている。
【0033】
また、冷媒ガスは吸入管38から吸入されメカ部51で圧縮され、メカ部に供給された潤滑油41と共にシェル40内の空間54に一旦吐出された後、冷媒ガスは吐出配管39より吐出される。(白抜き矢印の流れ)
一方、潤滑油41は(塗りつぶし矢印の流れ)、シェル内54に吐出された後、メカ部51の隙間を通ってモータ部50を冷却し、モータ部50の隙間を通ってシェル40の下部に再び貯留される。
【0034】
また、補助熱交換器42は本実施の形態では螺旋状に形成されており、その入口管55と出口管56のいずれもシェル40を貫通して設けられ、潤滑油41と間接的に熱交換する構造となっている。
【0035】
また、冷媒としては炭酸ガスが封入されている。
【0036】
以上のように構成されたヒートポンプ装置について、以下に、その動作、作用を説明する。
【0037】
圧縮機31で高温高圧の超臨界状態に圧縮された冷媒(炭酸ガス)は、放熱器32で給湯回路を流れる水と熱交換し、自らは中温高圧の冷媒となり、絞り装置33で減圧された後、蒸発器34に流入し、ここでファン35により送風された外気と熱交換して蒸発ガス化する。一方、循環ポンプ37で貯湯槽36の下部より放熱器32に送られた給湯水は加熱され、高温の湯となって貯湯槽36の上部に貯湯されていく。
【0038】
運転の起動時等、圧縮機31の温度が低い場合、圧縮機31の吐出ガス温度も低いため、吐出ガス温度センサー45で検知された吐出ガス温度が、あらかじめ設定した温度より低いので、制御装置46は開閉弁44を開放するように制御する。
【0039】
この動作により、蒸発器34でガス化した冷媒は、ほとんど開閉弁44を通って圧縮機31の吸入配管38に吸引されるので、補助熱交換器42を流れる冷媒は少なく、潤滑油41と冷媒との熱交換はほとんどない。
【0040】
ここにおいては、潤滑油41の温度は低いため、粘度は比較的高く、メカ部51において冷媒ガスを圧縮する圧縮室(図示せず)の隙間を十分にシールすることが可能となり体積効率が向上して、圧縮機効率が向上する。また、メカ部の軸受けや機械的接触部(図示せず)における潤滑も十分に保てるので、信頼性も向上する。
【0041】
一方、通常の給湯運転時や、特に貯湯槽36に貯湯する湯の温度を高くする場合には、放熱器32の平均冷媒温度を高くする必要があるため、吐出ガス圧力と吐出ガス温度が上昇する。吐出ガス温度センサー45で検知された吐出ガス温度が、あらかじめ設定した温度より高いので、制御装置46は開閉弁44を閉止するように制御する。この動作により、蒸発器34でガス化した冷媒は、開閉弁44を通らず、すべて入口管55を通って補助
熱交換器42に流入する。
【0042】
シェル40内も高温高圧となっているため潤滑油41の温度も高くなっており、潤滑油41は補助熱交換器42に流入した比較的低温の吸入ガスにより間接的に冷却され、潤滑油41の温度は低下する。
【0043】
潤滑油41は既述のようにポンプ部52で吸引され、軸53の内部の通路を通ってメカ部51に供給されるが、潤滑油41の温度は低いため、粘度は比較的高く、メカ部51において冷媒ガスを圧縮する圧縮室(図示せず)の隙間を十分にシールすることが可能となり体積効率が向上して、圧縮機効率が向上するものである。また、メカ部の軸受けや機械的接触部(図示せず)における潤滑も十分に保てるので、信頼性も向上するものである。
【0044】
また、この場合、吸入管38から吸入された冷媒ガスはメカ部51で圧縮され、メカ部に供給された潤滑油41と共にシェル40内の空間54に一旦吐出された後、冷媒ガスは吐出配管39より吐出される。
【0045】
一方、潤滑油41は(塗りつぶし矢印の流れ)、シェル内54に吐出された後、メカ部51の隙間を通ってモータ部50を冷却し、モータ部50の隙間を通って高温の状態でシェル40の下部に再び貯留される。
【0046】
このように、本実施の形態においては、シェル内の潤滑油が冷却され、温度の下がった潤滑油がメカ回転軸を通ってメカ部に送られるので、特に高温の給湯運転でも潤滑油の粘度が低下することがなくなり、メカ部の隙間のシール性が良好となって体積効率が向上して十分な圧縮ができ、高効率な運転が可能となるものである。
【0047】
また、特に、第2の発明は、特に、第1の発明の前記補助熱交換器をバイパスするバイパス回路を設け、前記バイパス回路上に開閉弁を設けることにより、起動時等の潤滑油温度が低い場合には、冷却を停止することができ、潤滑油の温度を制御して、粘度を好適にできるため、起動時にも高効率な運転が可能となる。
【0048】
また、補助熱交換器42を圧縮機31のシェル40内に設けることにより、補助熱交換器42に要するスペースを別に確保する必要はない。さらに、補助熱交換器41内を流れる冷却熱源として、蒸発器34と圧縮機31の間の冷媒を用いることにより、圧縮機31の吸入ガス温度を上昇させ、吐出ガス温度を上昇させることができるので、高温給湯運転時に高圧を低下させることができて、さらに高効率な運転が可能となる。
【0049】
また、潤滑油41の温度が高い時にのみ潤滑油41を冷却することができ、メカ部51に供給される潤滑油41の温度を制御でき、いずれの条件でも好適な粘度にでき、高効率な運転が可能となるものである。
【0050】
さらに、冷媒として炭酸ガスを用いたことにより、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなるものである。なお、開閉弁44は補助熱交換器42の入口配管55または出口配管56に設けても同様の効果が得られ、これらも本発明に含まれる。また、開閉弁44は副絞り装置としても同様な効果があり、これらも本発明に含まれる。さらに、補助熱交換器42は、螺旋状ではなく直線状や略矩形状等でもよく、これらも本発明に含まれる。
【0051】
さらに、吐出ガス温度センサー45に代わって、シェル40の表面温度や潤滑油41そのものの温度、放熱器32の入口冷媒温度や出口給湯水温度を検知するセンサーとしても良い。
【0052】
また、潤滑油41の粘度を間接的に検知するセンサー等であっても同様の効果が得られることは明白であり、これらも本発明に含まれるものである。
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図3において、実施の形態1で示した図1と同様の構成で同様の機能を有する部品については同一の番号を付してある。また、圧縮機31の構造は図2と同様であるため省略する。
【0053】
本実施の形態においては、放熱器32と絞り装置33の間に補助熱交換器42を設けており、補助熱交換器42をバイパスするバイパス回路60を設け、その途中に開閉弁61を設けている。
【0054】
さらに、圧縮機31の吐出ガス温度を検知する吐出ガス温度センサー62と、その温度を検知し開閉弁61の開閉を制御する制御装置63が設けられている。この、制御装置63は、吐出ガス温度センサー62の温度と、あらかじめ設定した温度とを比較して、吐出ガス温度が設定温度より高い場合に開閉弁61を閉止するように制御する。また、冷媒としては炭酸ガスが封入されている。
【0055】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。運転の起動時等、圧縮機31の温度が低い場合、圧縮機31の吐出ガス温度も低く、潤滑油41の温度も低い。また、吐出ガス温度センサー62で検知された吐出ガス温度が、あらかじめ設定した温度より低いので、制御装置63は開閉弁61を開放するように制御する。
【0056】
この動作により、循環ポンプ37で送られた比較的温度の低い給湯水と熱交換し、放熱器32から出た比較的温度の低い冷媒は、ほとんど開閉弁44を通って圧縮機31の吸入配管38に吸引されるので、補助熱交換器42を流れる冷媒は少なく、潤滑油41と冷媒との熱交換はほとんどない。
【0057】
ここにおいては、潤滑油41の温度は低いため、粘度は比較的高く、メカ部51において冷媒ガスを圧縮する圧縮室(図示せず)の隙間を十分にシールすることが可能となり体積効率が向上して、圧縮機効率が向上する。また、メカ部の軸受けや機械的接触部(図示せず)における潤滑も十分に保てるので、信頼性も向上する。
【0058】
一方、通常の給湯運転時や、特に貯湯槽36に貯湯する湯の温度を高くする場合には、放熱器32の平均冷媒温度を高くする必要があるため、吐出ガス圧力と吐出ガス温度が上昇する。吐出ガス温度センサー62で検知された吐出ガス温度が、あらかじめ設定した温度より高いので、制御装置63は開閉弁61を閉止するように制御する。
【0059】
この動作により、放熱器32で低温となった冷媒は、開閉弁61を通らず、すべて補助熱交換器42に流入する。この場合、シェル40内も高温高圧となっているため潤滑油41の温度も高くなっており、潤滑油41は補助熱交換器42に流入した比較的低温の吸入ガスにより間接的に冷却され、潤滑油41の温度は低下する。
【0060】
潤滑油41は既述のようにポンプ部52で吸引され、軸53の内部の通路を通ってメカ部51に供給されるが、潤滑油41の温度は低いため、粘度は比較的高く、メカ部51において冷媒ガスを圧縮する圧縮室(図示せず)の隙間を十分にシールすることが可能となり体積効率が向上して、圧縮機効率が向上するものである。
【0061】
また、メカ部の軸受けや機械的接触部(図示せず)における潤滑も十分に保てるので、信頼性も向上するものである。また、この場合、吸入管38から吸入された冷媒ガスはメカ部51で圧縮され、メカ部に供給された潤滑油41と共にシェル40内の空間54に一旦吐出された後、冷媒ガスは吐出配管39より吐出される。
【0062】
一方、潤滑油41は(塗りつぶし矢印の流れ)、シェル内54に吐出された後、メカ部51の隙間を通ってモータ部50を冷却し、モータ部50の隙間を通って高温の状態でシェル40の下部に再び貯留される。
【0063】
このように、本実施の形態においては、シェル内の潤滑油が冷却され、温度の下がった潤滑油がメカ回転軸を通ってメカ部に送られるので、特に高温の給湯運転でも潤滑油の粘度が低下することがなくなり、メカ部の隙間のシール性が良好となって体積効率が向上して十分な圧縮ができ、高効率な運転が可能となるものである。
【0064】
また、補助熱交換器42を圧縮機31のシェル40内に設けることにより、補助熱交換器42に要するスペースを別に確保する必要はない。さらに、補助熱交換器42を流れる冷却熱源として、放熱器32出口の冷媒を用いることにより、放熱器32の出口冷媒温度が上昇するので、蒸発器34の入口冷媒エンタルピーが増加するので、空気からの吸熱量を少なくできるので、低圧が上昇し、圧縮機31の必要動力が減少できるので高効率な運転が可能となる。
【0065】
また、潤滑油41の温度が高い時にのみ潤滑油41を冷却することができ、メカ部51に供給される潤滑油41の温度を制御でき、いずれの条件でも好適な粘度にでき、高効率な運転が可能となるものである。
【0066】
さらに、冷媒として炭酸ガスを用いたことにより、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなるものである。
【0067】
なお、開閉弁61は補助熱交換器42の入口または出口に設けても同様の効果が得られ、これらも本発明に含まれる。また、開閉弁61は副絞り装置としても同様な効果があり、これらも本発明に含まれる。
【0068】
さらに、吐出ガス温度センサー62に代わって、シェル40の表面温度や潤滑油41そのものの温度、放熱器32の入口冷媒温度や出口給湯水温度を検知するセンサーとしても良い。
【0069】
また、潤滑油41の粘度を間接的に検知するセンサー等であっても同様の効果が得られることは明白であり、これらも本発明に含まれるものである。
【0070】
(実施の形態3)
図4は、本発明の第3の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図4において、実施の形態1で示した図1と同様の構成で同様の機能を有する部品については同一の番号を付してある。また、圧縮機31の構造は図2と同様であるため省略する。
【0071】
本実施の形態においては、補助熱交換器42の冷却減として、給湯水の循環ポンプ37の出口の水を使用しており、循環ポンプ37の出口を補助熱交換器42に接続し、補助熱交換器42をバイパスするバイパス回路(水回路)70を設け、その途中に水用の開閉弁71を設けている。
【0072】
さらに、圧縮機31の吐出ガス温度を検知する吐出ガス温度センサー72と、その温度を検知し開閉弁71の開閉を制御する制御装置73が設けられている。この、制御装置73は、吐出ガス温度センサー72の温度と、あらかじめ設定した温度とを比較して、吐出ガス温度が設定温度より高い場合に開閉弁71を閉止するように制御する。また、冷媒としては炭酸ガスが封入されている。
【0073】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【0074】
運転の起動時等、圧縮機31の温度が低い場合、圧縮機31の吐出ガス温度も低く、潤滑油41の温度も低い。また、吐出ガス温度センサー72で検知された吐出ガス温度が、あらかじめ設定した温度より低いので、制御装置73は開閉弁71を開放するように制御する。
【0075】
この動作により、循環ポンプ37で送られた比較的温度の低い給湯水は、ほとんど開閉弁71を通ってバイパス回路70を流れるため、潤滑油41と給湯水との熱交換はほとんどない。ここにおいては、潤滑油41の温度は低いため、粘度は比較的高く、メカ部51において冷媒ガスを圧縮する圧縮室(図示せず)の隙間を十分にシールすることが可能となり体積効率が向上して、圧縮機効率が向上する。また、メカ部の軸受けや機械的接触部(図示せず)における潤滑も十分に保てるので、信頼性も向上する。
【0076】
一方、通常の給湯運転時や、特に貯湯槽36に貯湯する湯の温度を高くする場合には、放熱器32の平均冷媒温度を高くする必要があるため、吐出ガス圧力と吐出ガス温度が上昇する。吐出ガス温度センサー72で検知された吐出ガス温度が、あらかじめ設定した温度より高いので、制御装置73は開閉弁71を閉止するように制御する。
【0077】
この動作により、循環ポンプ37で送られた比較的温度の低い給湯水は、開閉弁72およびバイパス回路70を通らず、すべて補助熱交換器42に流入する。この場合、シェル40内も高温高圧となっているため潤滑油41の温度も高くなっており、潤滑油41は補助熱交換器42に流入した給湯水により間接的に冷却され、潤滑油41の温度は低下する。
【0078】
潤滑油41は既述のようにポンプ部52で吸引され、軸53の内部の通路を通ってメカ部51に供給されるが、潤滑油41の温度は低いため、粘度は比較的高く、メカ部51において冷媒ガスを圧縮する圧縮室(図示せず)の隙間を十分にシールすることが可能となり体積効率が向上して、圧縮機効率が向上するものである。
【0079】
また、メカ部の軸受けや機械的接触部(図示せず)における潤滑も十分に保てるので、信頼性も向上するものである。また、この場合、吸入管38から吸入された冷媒ガスはメカ部51で圧縮され、メカ部に供給された潤滑油41と共にシェル40内の空間54に一旦吐出された後、冷媒ガスは吐出配管39より吐出される。
【0080】
一方、潤滑油41は(塗りつぶし矢印の流れ)、シェル内54に吐出された後、メカ部51の隙間を通ってモータ部50を冷却し、モータ部50の隙間を通って高温の状態でシェル40の下部に再び貯留される。
【0081】
このように、本実施の形態においては、シェル内の潤滑油が冷却され、温度の下がった潤滑油がメカ回転軸を通ってメカ部に送られるので、特に高温の給湯運転でも潤滑油の粘度が低下することがなくなり、メカ部の隙間のシール性が良好となって体積効率が向上し
て十分な圧縮ができ、高効率な運転が可能となるものである。
【0082】
また、補助熱交換器42を圧縮機31のシェル40内に設けることにより、補助熱交換器42に要するスペースを別に確保する必要はない。補助熱交換器42の吸熱源として給湯水を用いたことにより、給湯水の放熱器への入口温度が上昇して加熱能力に寄与でき、また、水部品による回路構成が可能なため耐圧部品を設ける必要がなく、安価なヒートポンプ装置を構成できる。
【0083】
また、潤滑油41の温度が高い時にのみ潤滑油41を冷却することができ、メカ部51に供給される潤滑油41の温度を制御でき、いずれの条件でも好適な粘度にでき、高効率な運転が可能となるものである。さらに、冷媒として炭酸ガスを用いたことにより、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなるものである。
【0084】
なお、開閉弁71は補助熱交換器42の入口または出口に設けても同様の効果が得られ、これらも本発明に含まれる。さらに、吐出ガス温度センサー62に代わって、シェル40の表面温度や潤滑油41そのものの温度、放熱器32の入口冷媒温度や出口給湯水温度を検知するセンサーとしても良い。また、潤滑油41の粘度を間接的に検知するセンサー等であっても同様の効果が得られることは明白であり、これらも本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【0085】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、給湯機の高性能化や信頼性向上が可能となるので、高温を得るヒートポンプ給湯機や高温風を得る空調機等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0086】
【図1】本発明の実施の形態1におけるヒートポンプ装置の構成図
【図2】同ヒートポンプ装置を構成する圧縮機の詳細図
【図3】本発明の実施の形態2におけるヒートポンプ装置の構成図
【図4】本発明の実施の形態3におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図5】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
【0087】
31 圧縮機
32 放熱器
33 絞り装置
34 蒸発器
40 シェル
41 潤滑油
42 補助熱交換器
43、60、70 バイパス回路
44、61、71 開閉弁
45、62、72 吐出温度センサー
46、63、73 制御装置





 

 


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