(57)【要約】【課題】圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段を使用せずに、異常を検知して圧縮機を停止することにより、長期に亘る高い信頼性と低コストのヒートポンプ給湯機を提供すること。【解決手段】圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、空気熱交換器５を接続して形成されたヒートポンプ１と、前記放熱器２により加熱された温水を貯湯する貯湯タンク８と、前記圧縮機２に流れる電流値を検知する電流値検知手段３４とを備え、前記圧縮機２の起動後の所定時間内に、前記電流値が所定値以上となったとき、前記圧縮機２の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段を使用せずに、異常を検知して圧縮機を停止することにより、長期に亘る高い信頼性と低コストのヒートポンプ給湯機を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を接続して形成されたヒートポンプと、前記放熱器により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記圧縮機に流れる電流値を検知する電流値検知手段とを備え、前記圧縮機の起動後の所定時間内に、前記電流値が所定値以上となったとき、前記圧縮機の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を接続して形成されたヒートポンプと、前記放熱器により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記放熱器に流入する入水温度を検知する入水温度検知手段と、前記放熱器から流出する出湯温度を検知する出湯温度検知手段とを備え、前記圧縮機の起動後の所定時間後に、前記入水温度と前記出湯温度との温度差が所定値以下のとき、前記圧縮機の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を接続して形成されたヒートポンプと、前記放熱器により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記ヒートポンプの圧縮機吐出温度を検知する吐出温度検知手段と、前記放熱器から流出する出湯温度を検知する出湯温度検知手段とを備え、前記圧縮機の起動後の所定時間後に、前記吐出温度と前記出湯温度との温度差が所定値以上のとき、前記圧縮機の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
圧縮機運転時、放熱器を流れる冷媒は、超臨界圧力に加圧されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来のヒートポンプ給湯機を示すものである（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
図２に示すように、このヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク８と、ヒートポンプ１による加熱手段とを備え、貯湯タンク８の下部から沸上げ管９でヒートポンプ１と接続し、ヒートポンプ１から貯湯タンク８上部へ接続している。ヒートポンプ１は圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、空気熱交換器５を環状に接続して構成される。
【０００４】
沸き上げ運転では、ヒートポンプ１の圧縮機２で加圧された高温高圧のガス冷媒が放熱器３に送られ、沸き上げポンプ７で搬送されてきた貯湯タンク８の底部の冷水と熱交換して低温冷媒となる。そして、放熱器３で冷水に放熱した冷媒は減圧装置４で減圧され、二相の冷媒となり、空気熱交換器５に送られて大気と熱交換し低温のガス冷媒となり圧縮機２に循環する。
【０００５】
一方、貯湯タンク８の底部の冷水は、沸き上げポンプ７で放熱器３に搬送され冷媒の熱を吸熱して高温の湯となって、沸き上げ管９を通って貯湯タンクの上部に送られる。この時、高温の湯は密度差により水とほぼ混合されることなく、高温の湯は貯湯タンク８内上部より積層していき貯湯タンク８内を高温の湯が溜まることになる。
【０００６】
このとき、ヒートポンプ１内における圧縮機２による冷媒の吐出圧力が異常に上昇した場合、圧縮機２の駆動が停止される。
【０００７】
例えば、ヒートポンプの冷凍サイクルに異常が生じ、圧縮機の吐出圧力が一定以上となると、圧縮機への交流電力の供給ラインを圧力スイッチ１０のＯＦＦに応じて圧縮機２を停止する停止手段２９を用いた構成が提案されている。また、吐出圧力検出手段１０により吐出検出して冷凍サイクルの異常を検知して、所定値以上となった場合に圧縮機２を停止手段する停止手段を設けている。
【特許文献１】特開２００５−２４９２９３号公報
【特許文献２】特開２００８−１４５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来の構成では、異常を検知するための圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段はヒートポンプの発停が繰り返されることになり、例えば炭酸ガスを冷媒として用いたヒートポンプにおいては、停止時の圧力４ＭＰa程度から運転時は１０ＭＰa程度を繰り返すことになるため、長年に亘ってヒートポンプ給湯機を使用しているとセンサーの検知精度にズレが生じることになり、異常でない場合にあっても圧縮機が停止し給湯機の機能が充分発揮できない。
【０００９】
または、異常にもかかわらず圧縮機が停止せずヒートポンプ給湯機の故障の原因となるなど長期間の信頼性面で問題があった。
【００１０】
さらに、圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段は高価な部品でありコストが増大するという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段を使用せずに、異常を検知して圧縮機を停止することにより、長期に亘る信頼性の向上と低コストのヒートポンプ給湯機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために本発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を接続して形成されたヒートポンプと、前記放熱器により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記圧縮機に流れる電流値を検知する電流値検知手段とを備え、前記圧縮機の起動後の所定時間内に、前記電流値が所定値以上となったとき、前記圧縮機の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、減圧手段が正常な場合には圧縮機起動後、減圧手段の動作により適切な高圧圧力に保持されるため、電流値の上昇は冷凍サイクルの各温度圧力状態が概略一定となるとともに、上昇度合いが鈍化していくが、減圧手段に異常があり、閉塞状態の場合、圧縮機が起動した直後から高圧圧力の上昇とともに、電流値も上昇を続け、減圧弁が正常な状態の電流値を超える値を示すため、電流値検知手段により減圧手段の異常を検知できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段を使用せずに異常を検知して圧縮機の運転を停止することができるヒートポンプ給湯機を提供できる。
【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、減圧手段、空気熱交換器を接続して形成されたヒートポンプと、前記放熱器により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記圧縮機に流れる電流値を検知する電流値検知手段とを備え、前記圧縮機の起動後の所定時間内に、前記電流値が所定値以上となったとき、前記圧縮機の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、減圧手段が正常な場合には圧縮機起動後、減圧手段の動作により適切な高圧圧力に保持されるため、電流値の上昇は冷凍サイクルの各温度圧力状態が概略一定となるとともに、上昇度合いが鈍化していくが、減圧手段に異常があり、閉塞状態の場合、圧縮機が起動した直後から高圧圧力の上昇とともに、電流値も上昇を続け、減圧弁が正常な状態の電流値を超える値を示すため、電流値検知手段により減圧手段の異常を検知できる。
【００１５】
第２の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を接続して形成されたヒートポンプと、前記放熱器により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記放熱器に流入する入水温度を検知する入水温度検知手段と、前記放熱器から流出する出湯温度を検知する出湯温度検知手段とを備え、前記圧縮機の起動後の所定時間後に、前記入水温度と前記出湯温度との温度差が所定値以下のとき、前記圧縮機の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、ヒートポンプの運転中に、貯湯タンクへの水の入水と貯湯タンクからのお湯の出湯とが正常に循環していれば、水はヒートポンプからの熱を受けとり入水温度に比べて出湯温度が上昇するが、水の循環が異常、特に循環しない場合には、温度差は殆どないため、入水温度と出湯温度との温度差により異常を検知することができる。
【００１６】
第３の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を接続して形成されたヒートポンプと、前記放熱器により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記ヒートポンプの圧縮機吐出温度を検知する吐出温度検知手段と、前記放熱器から流出する出湯温度を検知する出湯温度検知手段とを備え、前記圧縮機の起動後の所定時間後に、前記吐出温度と
前記出湯温度との温度差が所定値以上のとき、前記圧縮機の運転を停止する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、ヒートポンプの運転中に、貯湯タンクへの水の入水と貯湯タンクからのお湯の出湯とが正常に循環していれば、水はヒートポンプからの熱を受けとり出湯温度が上昇するが、水の循環が異常、特に循環しない場合には、ヒートポンプで発生した熱を水に伝導できないため、吐出温度が高いにも関わらず、出湯温度が上昇しないため、吐出温度と出湯温度との温度差との温度差により異常を検知することができる。
【００１７】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれかの発明において、圧縮機運転時、放熱器を流れる冷媒は、超臨界圧力に加圧されることを特徴とするもので、放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で超臨界圧力に加圧されているので、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１による給湯機について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の回路図である。
【００２０】
装置の概要は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する加熱源であるヒートポンプ１を備え、ヒートポンプ１によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯し給湯に利用される。
【００２１】
図１により、先ず、加熱源であるヒートポンプ１の構成について説明する。
【００２２】
ヒートポンプ１は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器３、冷媒を減圧する減圧手段４、冷媒を蒸発気化する空気熱交換器５で構成され、圧縮機２の吐出側より放熱器３を介して減圧手段４に接続し、さらに圧縮機２の吸入側に接続している。
【００２３】
また、このヒートポンプ１においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気熱交換器５で空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。この時、送風機６は空気熱交換器５の熱交換効率を高めるために強制的に大気を空気熱交換器５に循環させている。
【００２４】
圧縮機２から放熱器３の間に流れる冷媒の温度を検知する吐出温度検知手段３６と、圧縮機２に流れる電流を検知する電流値検知手段３４を設けている。電流値検知手段３４で検知する電流はヒートポンプ１に流れる電流でも良く、または、ヒートポンプ給湯機全体に流れる電流でも良い。
【００２５】
沸上げ管９が接続されている貯湯タンク上部とは、湯水が貯湯タンク８の高温層側であればよく、また、貯湯タンク８の下部とは、湯水が貯湯タンクの低温層側であればよい。貯湯タンク８から放熱器３に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、途中に出力を任意に変化させることができる沸上げポンプ７を設けている。
【００２６】
また、ヒートポンプ１において加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度検知手段１５を、入水管１８の放熱器３入口側近傍に、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度
検知手段１６を、沸上げ管９における放熱器３出口近傍に設けている。そして、貯湯タンク８の温度分布と蓄熱量を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度センサー１７を備えている。
【００２７】
給湯に関する構成としては、給水源から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。また、貯湯タンク８上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。
【００２８】
また、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低温水を任意の比率で混合可能な混合弁２３が設けられている。混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー２５が設けられ、その先に給湯端末２４が接続されている。
【００２９】
風呂への注湯に関する構成としては、給湯管２１の途中から分岐して、浴槽１３へ注湯する注湯管２８が設けられており、給湯管２１と同様に、給湯管２１からの高湯水と給水バイパス管２２からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁２６が設けられ、その下流には注湯温度センサー３５が設けられている。また、注湯管２８は注湯電磁弁２７を備え、それを任意に開閉させて自動で浴槽１３に注湯を行う。
【００３０】
浴槽１３内の湯水を加熱、保温する風呂加熱運転の回路構成に関しては、利用側回路３１においては、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させる。また、浴槽内１３の温度を検知するために風呂湯温センサー３２を設けている。そして、貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流する。
【００３１】
また、風呂熱交換器１４より利用側ポンプ１１で循環し環流された湯水の温度を検知するための環流温度センサー３３が取り付けられている。
【００３２】
圧縮機第１停止手段３７は、圧縮機２の運転電流の値を検知する電流値検知手段３４と、圧縮機２の起動後、ヒートポンプ１の冷凍サイクルの各温度圧力状態が概略一定となるまでの所定時間内に、電流値検知手段３４が検知した電流値が、所定値以上となった場合には圧縮機２の運転を停止する。
【００３３】
圧縮機停止第２手段３８は、放熱器３に流入する入水温度を検知する入水温度検知手段１５と、放熱器３から流出する出湯温度を検知する出湯温度検知手段１６と、入水温度検知手段１５と出湯温度検知手段１６とで、それぞれ検知した入水温度と出湯温度の温度差を演算する出湯入水温度差演算手段４１とから構成され、出湯温度差演算手段４１の演算結果が所定値以下の場合には、圧縮機２の運転を停止する。
【００３４】
圧縮機第３停止手段３９は、圧縮機２から吐出して放熱器３に流入するまでの冷媒の吐出温度を検知する吐出温度検知手段４２と、吐出温度検知手段４２と出湯温度検知手段１６で検知した出湯温度との温度差を演算する吐出出湯温度差演算手段４２とから構成され、吐出出湯温度差演算手段４２の演算結果が、所定値以上の場合には圧縮機２の運転を停止する。
【００３５】
また、圧縮機第１停止手段３７、圧縮機停止第２手段３８、圧縮機第３停止手段３９とで制御器４３を構成している。
【００３６】
以上のように構成された給湯機において、以下、図１に基づいて動作、作用について説
明する。
【００３７】
貯湯タンク８に湯を貯める貯湯運転においては、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで入水管１８からの水を加熱することで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気熱交換器５において空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。この時、送風機６が空気熱交換器５の熱交換効率を高めるために強制的に大気を空気熱交換器５に循環させる。
【００３８】
そして、出湯温度センサー１６によりヒートポンプ６で加熱された水の温度を検知し、沸上げポンプ７の出力を変えることで、ヒートポンプ６からの出湯温度を制御して目標の温度となるように加熱を行う。
【００３９】
このようにして、貯湯タンク８に高温の湯を貯めていき、貯湯温度検知手段１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ及び入水温度センサー１５で検知した温度によって、貯湯タンク８内の蓄熱量を検知して所定の蓄熱量となった時、ヒートポンプ１を停止する。
【００４０】
また、圧縮機２が運転を開始したとき、減圧手段４に異常があり閉塞状態の場合、圧縮機２の起動直後から高圧圧力の上昇とともに、電流値も上昇を続け減圧弁４が正常な状態の電流値を超える値を示す。このとき、電流値検知手段３４により検知した電流値を圧縮機停止第１手段に伝達して、圧縮機２が起動して所定時間内に、電流値が所定の電流値以下であれば動作を継続させるが、電流値が所定値以上のときには、圧縮機２の運転を停止する。
【００４１】
さらに、圧縮機２が運転を開始したとき、沸き上げポンプ７に異常が発生し水を循環しない場合には、ヒートポンプ１で発生した熱を水に伝達できないため、高圧圧力が上昇することになる。また、熱伝達できないため、沸き上げポンプ７の入水温度と出湯温度には温度差が発生しない。
【００４２】
このとき、入水温度検知手段１５で検知した入水温度と出湯温度検知手段１６で検知した出湯温度を圧縮機停止第２手段に伝達して、圧縮機２が起動して所定時間後に、入水温度と出湯温度の温度差が所定値以下の場合には、圧縮機２の運転を停止する。入水温度と出湯温度の温度差が所定値より大きい場合には、運転を継続する。
【００４３】
さらにまた、圧縮機２が運転を開始したとき、沸き上げポンプ７に異常が発生し水を循環しない場合には、ヒートポンプ１で発生した熱を水に伝導できないため、高圧圧力が上昇することになり、吐出温度が高いにも関わらず出湯温度が上昇しない。このとき、吐出温度検知手段３６で検知した吐出温度と出湯温度検知手段１６で検知した出湯温度を圧縮機停止第３手段に伝達して、圧縮機２が起動して所定時間後、吐出温度と出湯温度の温度差が所定値より大きければ圧縮機２を停止する。また、吐出温度と出湯温度の温度差が所定値以下であれば運転を継続する。
【００４４】
給湯端末２４への給湯運転では、給湯端末２４が給湯のために開けられると、貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。
【００４５】
また、給水管１９から給水を分岐した給水バイパス管２２からの低温水と貯湯タンク８からの高湯水と給湯用混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。この時の混合比は、給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、リモコン（図示しない）により利用者が選択した給湯温度
となるように保たれる。
【００４６】
風呂への注湯運転では、注湯運転を開始すると、注湯電磁弁２７が開成され、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８からの高湯水と給水からの低湯水を風呂用混合弁２６において混合比を変えて混合することで、注湯温度を変化させて浴槽１３に注湯する。この時の混合比は、注湯温度センサー３５で検知される注湯温度に応じて制御され、リモコン（図示しない）により利用者が選択した注湯温度となるように保たれる。即ち、貯湯タンク８内の高湯水と水を混ぜて温度を下げることによって浴槽１３に注湯を行うことになる。
【００４７】
浴槽１３内の湯を加熱する風呂加熱運転では、貯湯タンク８内の湯水の熱を浴槽１３内の湯水に放熱することで行っている。利用側回路３１においては、流路切換手段３６は、浴槽１３内の湯水を、利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させる。一方、熱源側回路３０では貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流している。そして、風呂熱交換器１４では高温の熱源側回路３０の湯と温度の低い利用側回路３１の湯が熱交換を行って、利用側回路３１の湯を加熱する。この一連の動作は風呂湯温センサー３２によって所定の風呂湯温に達したと判断されるまで持続される。
【００４８】
このように、電流値検知手段３４により検知した電流値に基づき、圧縮機の運転を停止する圧縮機停止第１手段と、入水温度検知手段１５で検知した入水温度と出湯温度検知手段１６で検知した出湯温度との差温に基づき、圧縮機２の運転を停止する圧縮機停止第２手段と、吐出温度検知手段３６で検知した吐出温度と出湯温度検知手段１６で検知した出湯温度との差温に基づき、圧縮機２の運転を停止する圧縮機停止第３手段とを設けた。
【００４９】
即ち、圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段を使用せずに異常を検知して圧縮機を停止することにより、長期に亘る信頼性の向上と低コストのヒートポンプ給湯機を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上の様に、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、圧力スイッチあるいは吐出圧力検出手段を使用せずに異常を検知して圧縮機を停止することにより、長期に亘り高い信頼性を有し、また低コストのヒートポンプ給湯機に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路図
【図２】従来のヒートポンプ給湯機の回路図
【符号の説明】
【００５２】
１  ヒートポンプ
２  圧縮機
３  放熱器
４  減圧手段
５  空気熱交換器
８  貯湯タンク
１５  入水温度検知手段
１６  出湯温度検知手段
３４  電流値検知手段
３６  吐出温度検知手段
３７  圧縮機停止第１手段
３８  圧縮機停止第２手段
３９  圧縮機停止第３手段
４１  出湯入水温度差演算手段
４２  吐出出湯温度差演算手段
【図１】
2010071603.tif 000003
【図２】
2010071603.tif 000004