(57)【要約】【課題】不必要な時にはヒートポンプユニットへの電力供給を遮断し、消費電力の使用を抑制したヒートポンプ式給湯機を提供すること。【解決手段】本発明のヒートポンプ式給湯機は、温水を生成する水冷媒熱交換器１２を備えた冷凍サイクルを有するヒートポンプユニット１と、湯水を貯える貯湯タンク１６を有するタンクユニット２とを備え、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを接続する配管の凍結防止運転を行うヒートポンプ式給湯機であって、貯湯タンク１６から水冷媒熱交換器１２へ湯水を送る循環ポンプ１７と、水冷媒熱交換器１２から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段３５とを備え、ヒートポンプユニット１への電力供給を遮断後、所定時間Ｔ毎に循環ポンプ１７を駆動し、循環ポンプ１７が駆動してから所定時間αが経過するまでに出湯温度検出手段３５で検出した温度情報に基づいて、凍結防止運転を行う。【選択図】図１
2010032150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を生成する水冷媒熱交換器を備えた冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、湯水を貯える貯湯タンクを有するタンクユニットとを備え、前記ヒートポンプユニットと前記タンクユニットとを接続する配管の凍結防止運転を行うヒートポンプ式給湯機であって、前記貯湯タンクから前記水冷媒熱交換器へ湯水を送る循環ポンプと、前記水冷媒熱交換器から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段とを備え、前記ヒートポンプユニットへの電力供給を遮断後、所定時間Ｔ毎に前記循環ポンプを駆動し、前記循環ポンプが駆動してから所定時間αが経過するまでに前記出湯温度検出手段で検出した温度情報に基づいて、前記凍結防止運転を行う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、ヒートポンプ式給湯機に関連し、特に外気温度の検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ式給湯機は、冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、貯湯タンクを有するタンクユニットとを有し、ヒートポンプユニットとタンクユニットとを配管で接続して温水を生成するものである。特に、ヒートポンプユニットは大気と冷媒とで熱交換を行うため、外気温度の値が性能に大きく影響し、またヒートポンプユニットとタンクユニットとを連結する給湯配管内にある水が凍結してしまう恐れがあり、ヒートポンプ式給湯機が故障してしまうので、常に外気温度の情報を入手して、凍結防止運転を行う構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来のヒートポンプ式給湯機の構成図である。図３に示すように、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２の二つに分かれている。まずヒートポンプユニット１の構成について説明する。
【０００４】
ヒートポンプユニット１は、冷媒を圧縮するインバータ式圧縮機１１、大気と熱交換を行う蒸発器１４、冷媒を減圧する減圧装置１３、水と熱交換を行う給湯熱交換器１２を冷媒配管１５で順次環状に接続して構成される冷凍サイクルを有し、冷媒には二酸化炭素を使用している。そして、蒸発器１４での大気と冷媒との熱交換を促すための送風ファン１９および送風ファン１９を駆動するためのファンモータ２０を備える。
【０００５】
また、外気の温度を検出するための外気温度検出手段３３、ヒートポンプユニット１に配設される各機器を制御するための制御装置である第１の制御装置３０も備え、外気温度検出手段３３で検出される外気温度の情報を、第１の制御装置３０が取得する構成となっている。
【０００６】
また、タンクユニット２は、湯水を貯える貯湯タンク１６、貯湯タンク１６内の湯水を給湯熱交換器１２に送る循環ポンプ１７を有しており、貯湯タンク１６の底部、循環ポンプ１７、給湯熱交換器１２、貯湯タンク１６の上部を順次給湯配管で環状に接続して給湯サイクルを構成しており、循環ポンプ１７を駆動することで、貯湯タンク１６の底部にある低温水が給湯熱交換器１２へ送る。
【０００７】
貯湯タンク１６の底部には給水源から水を供給するための給水配管２１を接続し、貯湯タンク１６の上部には高温水を出湯するための出湯配管２２が接続されている。そして、タンクユニット２内に配設される各機器を制御するための制御装置である第２の制御装置３１を備え、電源供給部（ＡＣ電源）３２より電源が供給されている。なお、ヒートポンプユニット１内に配設されている第１の制御装置３０への電源供給は、第２の制御装置３１と電源供給線３４で接続されており、第２の制御装置３１を介して第１の制御装置３０へ電力が供給されている。
【０００８】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯機において、第１の制御装置３０には常時電源が供給されていたため、外気温度検出手段３３を通して逐一、外気温度を取得し、ヒートポンプユニット１およびタンクユニット２の各機器を制御していた。そして外気温度が一定の値を下回ると、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを接続している給湯配管が凍結する恐れがあると判断し、循環ポンプ１７を駆動して凍結防止の運転を行っ
ていた。
【特許文献１】特開２００７−１３９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、近年では家電の省エネ化が加速する中、ヒートポンプ式給湯機においても、さらなる省エネ化が求められている。特に、ヒートポンプ式給湯機は、深夜電力を主に使用して湯を沸き上げる給湯機であるため、昼間においてはヒートポンプユニットに電源を供給する機会は少ないものの、凍結防止等の運転を判断するため外気温度情報を取得する必要があり、常時ヒートポンプユニットへ電源を供給しなければならない。そのため、必要でない時においてもヒートポンプユニットへ電力を供給しなければならないので、消費電力が多くなってしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、不必要な時にはヒートポンプユニットへの電力供給を遮断し、消費電力の使用を抑制したヒートポンプ式給湯機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式給湯機は、温水を生成する水冷媒熱交換器を備えた冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、湯水を貯える貯湯タンクを有するタンクユニットとを備え、前記ヒートポンプユニットと前記タンクユニットとを接続する配管の凍結防止運転を行うヒートポンプ式給湯機であって、前記貯湯タンクから前記水冷媒熱交換器へ湯水を送る循環ポンプと、前記水冷媒熱交換器から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段とを備え、前記ヒートポンプユニットへの電力供給を遮断後、所定時間Ｔ毎に前記循環ポンプを駆動し、前記循環ポンプが駆動してから所定時間αが経過するまでに前記出湯温度検出手段で検出した温度情報に基づいて、前記凍結防止運転を行うことにより、ヒートポンプユニットへの電力供給を遮断しても、ヒートポンプユニットとタンクユニットとを接続する配管内に残った湯水の温度情報で、外気温度を推定して、現在の外気の状態を認識することができるので、非常に消費電力を抑えることができるヒートポンプ式給湯機の提供が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、不必要な時にはヒートポンプユニットへの電力供給を遮断し、消費電力の使用を抑制したヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、温水を生成する水冷媒熱交換器を備えた冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、湯水を貯える貯湯タンクを有するタンクユニットとを備え、前記ヒートポンプユニットと前記タンクユニットとを接続する配管の凍結防止運転を行うヒートポンプ式給湯機であって、前記貯湯タンクから前記水冷媒熱交換器へ湯水を送る循環ポンプと、前記水冷媒熱交換器から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段とを備え、前記ヒートポンプユニットへの電力供給を遮断後、所定時間Ｔ毎に前記循環ポンプを駆動し、前記循環ポンプが駆動してから所定時間αが経過するまでに前記出湯温度検出手段で検出した温度情報に基づいて、前記凍結防止運転を行うことにより、ヒートポンプユニットへの電力供給を遮断しても、ヒートポンプユニットとタンクユニットとを接続する配管内に残った湯水の温度情報で、外気温度を推定して、現在の外気の状態を認識することができるので、非常に消費電力を抑えることができるヒートポンプ式給湯機の提供が可能となる。
【００１４】
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。
【００１５】
（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式給湯機の構成図である。図１に示すように、本発明のヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２を有し、それぞれが屋外に設置される。次にそれぞれのユニットの構成について説明する。なお、従来のヒートポンプ式給湯機と同じ構成部位については、従来のヒートポンプ式給湯機の構成図と同じ符号を付して説明する。
【００１６】
ヒートポンプユニット１内には、冷媒を圧縮するインバータ式圧縮機１１と、冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器１２と、冷媒を減圧する減圧装置１３と、大気と冷媒とが熱交換を行う蒸発器１４とを冷媒配管１５で順次環状に接続して構成した冷凍サイクルを有している。また、蒸発器１４に空気を送り冷媒との熱交換を促進する送風ファン１９および送風ファン１９を駆動するためのファンモータ２０、さらに外気温度を検出するための外気温度センサであるサーミスタ３３を備えている。そして、ヒートポンプユニット１内に配設された各機器を制御するための第１の制御装置であり、マイクロコンピュータおよびその周辺回路で構成されるヒートポンプユニットの電子制御装置３０を有している。
【００１７】
タンクユニット２内には、湯水を貯える貯湯タンク１６を有し、貯湯タンク１６の底部には給水源から水を供給するための給水配管２１、貯湯タンク１６の頂部には給湯端末へ高温湯を供給するための出湯配管２２を備えている。また、貯湯タンク１６の底部から水冷媒熱交換器１２へ湯水を送り、貯湯タンク１６の上部へ戻す給湯回路を有しており、水冷媒熱交換器１２と貯湯タンク１６の底部との間には湯水を搬送するための循環ポンプ１７が介設されている。
【００１８】
さらに、水冷媒熱交換器１２と貯湯タンク１６の上部とを接続する給湯配管には流路切替装置である三方弁２３が設けられており、三方弁２３を切り替えることによって貯湯タンク１６の底部へ湯水が導かれる給湯配管を有している。つまり三方弁２３を切り替えることで水冷媒熱交換器１２で生成された温水を、貯湯タンク１６の上部もしくは底部へ導くことを切り替えることが可能となっている。
【００１９】
そして、タンクユニット２内に配設された各機器を制御するための第２の制御装置であり、マイクロコンピュータおよびその周辺回路で構成されるタンクユニットの電子制御装置３１を有している。さらにタンクユニット２の外部よりＡＣ電源３２から第２の制御装置３１に電力が供給され、第２の制御装置３１と第１の制御装置３０とが電力線および通信線からなる電源供給線３４で接続されているため、ＡＣ電源３２から第２の制御装置３１を介して第１の制御装置３０へと電力が供給される。
【００２０】
水冷媒熱交換器１２では、インバータ式圧縮機１１で圧縮され高温高圧になった冷媒と、貯湯タンク１６の底部にある低温水とが熱交換を行い、高温水が生成される。そして、水冷媒熱交換器１２で生成される温度を検出するための出湯温度センサであるサーミスタ３５を備えており、サーミスタ３５で検出される温度に応じて三方弁２３で流路が切り替えられ、貯湯タンク１６の上部と下部とに湯水を流入させる構成である。
【００２１】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯機において、以下、外気温度の推定方法について説明する。
【００２２】
通常、ＡＣ電源３２から第１の制御装置および第２の制御装置へ電力を供給しており、サーミスタ３３で外気温度を逐一検出し、その外気温度情報を第１の制御装置で受信して
いる。そしてその外気温度情報を元に、冷凍サイクルの制御および凍結防止運転の制御を行っている。特に、貯湯タンク１６内の湯水を沸き上げる深夜時間帯には、ヒートポンプユニット１を制御する第１の制御装置に、常時、電力が供給されている状態となっている。
【００２３】
そして、深夜時間帯が終了すると、貯湯タンク１６内には高温湯で満たされている状態となるので、第２の制御装置を介して第１の制御装置へ供給されている電力を遮断する。その結果、ヒートポンプユニット１への電力供給を遮断するので、消費電力を削減することができる。
【００２４】
しかしながらヒートポンプユニット１には、電力が供給されていない状態となり、サーミスタ３３で検出される外気温度情報も第１の制御装置で受信することができなくなってしまう。そのため、外気温度情報を用いて制御を行うことができないという状態になってしまう。特に、寒冷地や冬季には外気温度情報を用いて、凍結防止運転を行っているため、外気温度情報の入手はヒートポンプ式給湯機の制御において非常に重要となってくる。
【００２５】
凍結防止運転とは、タンクユニット２とヒートポンプユニット１とを接続する配管の凍結を防止する運転のことである。外気温度がある所定値を下回ると、タンクユニット２とヒートポンプユニット１とを結ぶ配管内にある湯水が凍ってしまう可能性があり、配管内の湯水が膨張することで破裂してしまい、給湯機として機能しなくなってしまう可能性がある。
【００２６】
そこで、本発明では外気温度情報を直接得ずとも、水冷媒熱交換器１２から出湯する水の温度情報で推定し、凍結防止運転を行うようにしている。以下、具体的な外気温度の推定方法について説明する。
【００２７】
図２は、本発明の外気温度を推定するフロー図である。図２に示すように、第１の制御装置では、常時、外気温度情報に基づいて、圧縮機の制御や膨張弁の制御、さらには外気温度情報をタンクユニット２内の第２の制御装置３１へ送って循環ポンプなどの制御（運転指示作成）を行っている。
【００２８】
しかしながら、第２の制御装置３１から第１の制御装置３０への電力供給が遮断されると、外気温度情報を取得することができない。そこで、本発明では、図２に示すように、ヒートポンプユニット１への電力供給を遮断している場合には、循環ポンプ１７を駆動することで外気温度を推定して運転指示作成を行っている。
【００２９】
本発明では、ヒートポンプユニット１への電力供給が遮断されると、所定時間Ｔ毎に循環ポンプ１７を駆動する。この時、ヒートポンプユニット１を動作させていないので、水冷媒熱交換器１２では熱交換は行われず、貯湯タンク１の底部にある水が冷媒水熱交換器１２を通過して、貯湯タンク１６へ返流される。
【００３０】
この時、流路切替装置２３は貯湯タンク１６の底部側へ水が送られるように切り替えられている。その結果、サーミスタ３５では貯湯タンク１６の底部にある湯水の温度を検出することができる。特に、給湯端末などで湯を使用することで、給水源から貯湯タンク１６の底部に水が供給されるので、サーミスタ３５で検出される湯水の温度は、給水源から供給される湯水の温度に比較的近い値を得ることができる。
【００３１】
ここで、給水源から供給される湯水の温度は、季節に応じて変動し、特に、冬季の給水温度は、夏季の給水温度に比べて低い。そのため、給水温度と外気温度との相関関係を予め第２の制御装置に記憶させておくことで、外気温度が高いか、あるいは低いかを判定す
ることが可能である。
【００３２】
しかしながら、深夜時間帯終了時点から、循環ポンプを駆動させるまでの所定時間Ｔの間に、給湯端末から高温湯を出湯させなければ、貯湯タンク１６内は高温の湯水で満たされており、給水源から冷水は供給されていない。その状態で循環ポンプ１７を駆動すると、外気温度が低く給水温度が低い時であっても、まだ貯湯タンク１６への底部へ供給されていないので、貯湯タンク１６の底部にある比較的高温の温水が冷媒水熱交換器１２へ供給される。その結果、サーミスタ３５で検出する温度は高温になってしまい、外気温度が低いかもしれない状況であるにもかかわらず、外気温度は高いと判断されてしまう。つまり、サーミスタ３５で検出する温度と、外気温度との相関関係だけでは、正確な外気温度情報を推定することができない。
【００３３】
一方、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とは、一般的に二本の給湯配管で接続されており、一つが貯湯タンク１６の底部から水冷媒熱交換器１２へ湯水を送るための配管、もう一つが水冷媒熱交換器１２から貯湯タンク１６へ湯水を送るための配管である。そしてこの二本の給湯配管は、循環ポンプ１７を駆動しない限り、外気温度の影響を大きく受けた湯水が溜まったままになっている。
【００３４】
そこで本発明では、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２との間に接続されている配管内に溜まっている水の温度を検出することが、外気温度に近い値を得ることができることに着目し、外気温度の推定を行った。
【００３５】
具体的には、ヒートポンプユニット１への電力供給が遮断されると、比較的循環量を抑えた状態で所定時間Ｔ毎に循環ポンプ１７を駆動し、循環ポンプ１７の駆動を開始してから所定時間αが経過するまでにサーミスタ３５で検出した温度情報で、凍結防止運転を開始するかどうかを判断している。そして循環ポンプ１７を駆動して所定時間αを経過すると、循環ポンプ１７の運転を停止して、所定時間Ｔ後に再度循環ポンプ１７を駆動する。
【００３６】
つまり、貯湯タンク１６の底部にある湯水が、水冷媒熱交換器１２に供給されるまでの温度情報に基づいて凍結防止運転を開始するもので、水冷媒熱交換器１２と貯湯タンク１６の底部とを接続した給湯配管内に残っている湯水の温度に基づいて凍結防止運転を行うものである。
【００３７】
その結果、外気温度情報を直接入手せずとも、外気温度の影響を大きく受けた湯水の温度情報で、凍結防止運転を開始することができるので、消費電力の削減を実現しつつ、同時にタイミングよく凍結防止運転を行うことができる。
【００３８】
なお、所定時間Ｔおよび所定時間αは、循環ポンプ１７の循環量およびヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを結ぶ配管長等のデータより予め実験的に算出された値であり、ヒートポンプ式給湯機の形態に応じて様々な値に変更することができる。また、本発明は、循環量を抑えた状態で循環ポンプ１７を駆動して、配管内に残った湯水の温度を検出したが、循環ポンプ１７の循環量は限定されるものではなく、配管内に残った湯水の温度を検出できる範囲であれば、どのような循環量であっても問題は無い。
【００３９】
また、凍結防止運転では、循環ポンプ１７を駆動するだけでなく、ヒートポンプユニット１への電力供給も開始し、冷凍サイクルを動作させることで、水冷媒熱交換器１２で高温水を生成することができ、給湯回路内に高温水を循環させることができ、効率のよい凍結防止運転を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ式給湯機は、省エネ型の給湯機を提供することが可能となり、特に寒冷地などのヒートポンプ式給湯機には、非常に効果的に凍結防止運転を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の構成図
【図２】同実施の形態における外気温度推定のフロー図
【図３】従来のヒートポンプ式給湯機の構成図
【符号の説明】
【００４２】
１１  インバータ式圧縮機
１２  水冷媒熱交換器（給湯熱交換器）
１３  減圧装置
１４  蒸発器
１５  冷媒配管
１６  貯湯タンク
１７  循環ポンプ
１８  液体配管
１９  送風ファン
２０  ファンモータ
２１  給水配管
２２  出湯配管
２３  流路切替装置
３０  ヒートポンプユニットの電子制御装置（第１の制御装置）
３１  タンクユニットの電子制御装置（第２の制御装置）
３２  ＡＣ電源
３３  外気温度検出手段（サーミスタ）
３４  電源供給栓
３５  出湯温度検出手段（サーミスタ）
【図１】
2010032150.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010032150.tif 000005