【手続補正書】
【提出日】平成16年10月7日(2004.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  ヒートポンプ給湯機
【特許請求の範囲】
【請求項１】  圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を接続して冷媒回路を構成するヒートポンプと、貯湯槽と、前記貯湯槽の下部と上部を連通する水循環路に設けた循環手段、前記放熱器と熱交換をおこなう水熱交換器を接続した水循環回路と、前記水熱交換器の出口に設けた温度検知器と、沸き上げ湯温を設定する湯温設定手段と、前記湯温設定手段の信号に基づき前記圧縮機に沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られるよう予め設定された回転数を設定する回転数設定手段を有するヒートポンプ給湯機。
【請求項２】  回転数設定手段は圧縮機の回転数を沸き上げ設定温度が高くなるほど大きくする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】  外気温度検知手段と、前記外気温度検知手段の信号と、湯温設定手段の信号とに基づき前記圧縮機に外気温度と沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られるよう予め設定された回転数を設定する回転数設定手段を有する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】  回転数設定手段は圧縮機の回転数を外気温度が高くなるほど小さくする請求項３に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】  回転数設定手段には、沸き上げ設定温度が高くなるほど最高効率となる圧縮機の回転数は高くなる特性に基づいて、沸き上げ設定温度に対して最高効率となる回転数が設定されていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯機としては、例えば、特開昭６０−２２１６６１号公報、特開平９−６８３６９号公報、特開２００１−２０１１７７公報に示す如きものがある。図６は前記特開昭６０−２２１６６１号公報に記載された従来のヒートポンプ給湯機を示すものである。
【０００３】
図６において、圧縮機１、熱交換機２、減圧装置３、蒸発器４からなるヒートポンプ回路５と貯湯槽７の水を熱交換機２へ送る循環ポンプ６、圧縮機１の電源変換装置８、外気温度センサー９，熱交換器入口水温度センサー１０、給水温度センサー１１、回転数検知器１２、演算制御装置１３を備え、演算制御装置１３は各センサーからの信号をうけ、給湯負荷、必要加熱能力、加熱能力、消費電力、効率を演算し、加熱能力が必要加熱能力に等しくなる最低回転数を求め、この最低回転数以上で効率が最大となる最適圧縮機回転数を決定する。そしてこの最適回転数を回転数検知器１２と演算制御装置１３とにより電源変換装置８を介して維持する。以上のように、特開昭６０−２２１６６１号公報は外気温度と給水温度に基づいて圧縮機の回転数を設定している。また、特開平９−６８３６９号公報（図示せず）は貯湯槽内の残湯量から必要加熱量を求めて、圧縮機の回転数を設定している。また、特開２００１−２０１１７７公報は（図示せず）外気温度と時間帯の双方に基づいて圧縮機の回転数を設定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各従来例とも圧縮機の回転数設定は、必要加熱能力を得ることを目的とするものであり、必ずしも、最高の効率で運転できるものではないといった課題がある。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、つねに最高効率で運転することにより省エネルギー効果の高いヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を接続して冷媒回路を構成するヒートポンプと、貯湯槽と、前記貯湯槽の下部と上部を連通する水循環路に設けた循環手段、前記放熱器と熱交換をおこなう水熱交換器を接続した水循環回路と、前記水熱交換器の出口に設けた温度検知器と、沸き上げ湯温を設定する湯温設定手段と、前記湯温設定手段の信号に基づき前記圧縮機に沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られるよう予め設定された回転数を設定する回転数設定手段をを備えたものである。
【０００７】
これによって、沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られる回転数を求めて設定するので、つねに最高効率で運転することができ、省エネルギーとなるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を順次接続して冷媒回路を構成するヒートポンプと、貯湯槽と、前記貯湯槽の下部と上部を連通する水循環路に設けた循環手段、前記放熱器と熱交換をおこなう水熱交換器を順次接続した水循環回路と、前記水熱交換器の出口に設けた温度検知器と、沸き上げ湯温を設定する湯温設定手段と、前記湯温設定手段の信号に基づき前記圧縮機に沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られるよう予め設定された回転数を設定する回転数設定手段を備えたものである。
【０００９】
これによって、沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られる回転数を求めて設定するので、つねに最高効率で運転するので、省エネルギーとなるものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１記載の圧縮機の回転数を沸き上げ設定温度が高くなるほど大きくする回転数設定手段を備えたものである。
【００１１】
これによって、沸き上げ温度が高くなるほど最高効率を得られる回転数は大きくなる特性と一致するので、つねに最高効率で運転するので、省エネルギーとなるものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１記載の外気温度検知手段と、前記外気温度検知手段の信号と、湯温設定手段の信号とに基づき前記圧縮機に外気温度と沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られるよう予め設定された回転数を設定する回転数設定手段を備えたものである。
【００１３】
これによって、外気温度と沸き上げ温度に対して最高効率の得られる回転数を求めて設定するので、つねに最高効率で運転するので、省エネルギーとなるものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項３記載の圧縮機回転数設定手段は圧縮機の回転数を外気温度が高くなるほど小さくするものである。
【００１５】
これによって、外気温度が高くなるほど最高効率を得られる回転数は小さくなる特性と一致するので、つねに最高効率で運転するので、省エネルギーとなるものである。
回転数設定手段には、沸き上げ設定温度が高くなるほど最高効率となる圧縮機の回転数は高くなる特性に基づいて、沸き上げ湯温に対して最高効率となる回転数が設定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をするものについては同一符号を付し、一部説明を省略する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ給湯機の構成説明図、図２は同ヒートポンプ給湯機の圧縮機の回転数に対する効率と加熱能力を示す説明図、図３は同ヒートポンプ給湯機の沸き上げ温度に対する回転数と加熱能力と必要加熱能力を示す説明図である。図１において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置、４は蒸発器であり、前記圧縮機１、前記放熱器２、前記減圧装置３、前記蒸発器４は順次接続され、ヒートポンプ５の冷媒回路を構成する。６は循環ポンプ（循環手段）、７は貯湯槽、１４は前記放熱器２と熱交換する水熱交換器であり、前記循環ポンプ６および前記水熱交換器１４は貯湯槽７の下部と上部を連通する水循環路を構成する。１５は温度検知器であり、水熱交換器１４の出口に設けられ、媒体温度を検出して、信号を発する。１６は湯温設定手段であり、自動または手動で沸き上げ湯温を設定する。１７は循環量制御部であり、前記温度検知器１５の信号が前記湯温設定手段１６の信号に一致するように前記循環ポンプ６の回転数を制御する。１８は回転数設定手段で、前記湯温設定手段１６の信号に基づき前記圧縮機１の回転数を設定する。１９は圧縮機制御部で前記回転数設定手段１８の信号を受け、設定された回転数で圧縮機１を運転する。
【００１８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００１９】
前記湯温設定手段１６で自動または手動で沸き上げ温度が設定されると、その設定信号が発信され、回転数設定手段１８は前記発信された設定信号を受け、沸き上げ設定温度に対して予め設定された最高効率の得られる回転数を選択し、その選択された回転数となるように圧縮機制御部１９で圧縮機１を運転する。そして、前記圧縮機１から吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は前記熱交換器２に流入し、ここで前記循環ポンプ６から送られ前記水熱交換器１４に流入した水を加熱する。その際に、放熱冷却された冷媒は、前記減圧装置３に流入し、ここで減圧されて前記蒸発器４に流入する。そして大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１に戻る。一方、前記貯湯槽７の下部から前記循環ポンプ６によって前記水熱交換器１４に流入した水は冷媒の熱で加熱され、前記湯温設定手段１６で設定された湯温と一致するように、循環流量制御部１７により循環ポンプ６の回転数を制御して、前記貯湯槽７の上部に貯えられる。この運転を繰り返しながら前記貯湯槽７の上部から全体に貯湯する。通常、貯湯槽７内の残湯量がある量以下になると前記沸き上げ運転がおこなわれる。
【００２０】
図２は横軸に圧縮機の回転数をとり、縦軸にヒートポンプの効率（ＣＯＰ）と加熱能力を取って、ある外気温度のときの回転数に対する効率と加熱能力の関係を沸き上げ温度をパラメータとして示したものである。図２でわかるように、効率は沸き上げ温度が一定の場合はある回転数で最高を有し、沸き上げ温度が高くなると最高効率となる回転数は高くなる特性がある。一方、加熱能力は回転数に対してほぼ比例しており、沸き上げ温度が高くなると、低下するが、その差は大きくない。図２の加熱能力は、放熱器２の冷媒状態が超臨界以下で使用される場合の一般的な特性として表しているが、放熱器２の冷媒状態が超臨界以上で使用される場合は、沸き上げ温度による差はほとんどなくなる傾向にある。
【００２１】
図３は横軸に沸き上げ温度をとり、縦軸に図２の各沸き上げ温度に対して最高効率となる回転数とそのときの加熱能力、および、必要加熱能力を示したグラフである。必要加熱能力とは、例えば、所定の貯湯槽内の水を初期水温から沸き上げ温度まで全量沸き上げるに必要な熱量を所定時間内に沸き上げるに必要な加熱能力であり、例えば、３００Ｌの水を２０℃から６０℃ないし９０℃まで沸き上げるに必要な熱量を８時間で沸き上げるのに必要な加熱能力のことである。図３でわかるように、沸き上げ温度が高くなると最高効率となる回転数は高くなり、加熱能力も大きくなる。同じように、必要加熱能力も大きくなる。即ち、上記特性を利用して、沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られる回転数を予め設定しておき運転することで、必要な加熱能力に見合った運転ができる効果もある。
【００２２】
以上のように、本実施例においては、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、蒸発器４を順次接続して冷媒回路を構成するヒートポンプ５と、貯湯槽７と、前記貯湯槽７の下部と上部を連通する水循環路に設けた循環手段６、前記放熱器２と熱交換をおこなう水熱交換器１４を順次接続した水循環回路と、前記水熱交換器１４の出口に設けた温度検知器１５と、沸き上げ湯温を設定する湯温設定手段１６と、前記湯温設定手段１６の信号に基づき前記圧縮機１の回転数を設定する回転数設定手段１８を備えたことにより、沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られる回転数を求めて設定するので、常に最高効率で運転することになり、省エネルギーとなるものである。さらに、必要な加熱能力に見合った運転ができる効果もある。
【００２３】
また、圧縮機１の回転数を沸き上げ設定温度が高くなるほど大きくする圧縮機回転数設定手段１８を備えたことにより、沸き上げ温度が高くなるほど最高効率を得られる回転数は大きくなる特性と一致するので、つねに最高効率で運転することができて、省エネルギーとなるものである。
【００２４】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例におけるヒートポンプ給湯機の構成説明図、図５は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する回転数と加熱能力と必要加熱能力を示す説明図である。図４において、実施例１と異なる点は、外気温度検知手段２０を設けた構成としている点である。なお、第１の実施例と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。
【００２５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。図５は横軸に外気温度をとり、縦軸に、ある沸き上げ温度での最高効率となる回転数とそのときの加熱能力、および、必要加熱能力を示したグラフである。図５でわかるように、沸き上げ温度が一定の場合、外気温度が高くなると最高効率となる回転数は低くなり、加熱能力も小さくなる。同じように、必要加熱能力も小さくなる。ただし、必要加熱能力の低下よりも加熱能力の低下度合いが少ないが、外気温度の低いところで加熱能力を設定しておけば、外気温度の高いところでは加熱能力に余裕が生じるため必要加熱量を得るために問題は生じない。即ち、上記特性を利用して、外気温度と沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られる回転数を予め設定しておき運転することで、必要な加熱能力に見合った運転ができる効果もある。
【００２６】
以上のように、本実施例においては、外気温度検知手段２０の信号と、湯温設定手段１６の信号とに基づき前記圧縮機１の回転数を設定する回転数設定手段１８を備えたことにより、外気温度と沸き上げ温度に対して最高効率の得られる回転数を求めて設定するので、つねに最高効率で運転することができて、省エネルギーとなるものである。さらに、必要な加熱能力以上の能力で運転ができるので、湯量不足の心配もないといった効果もある。
【００２７】
また、圧縮機の回転数を外気温度が高くなるほど小さくすることにより、図５でわかるように、外気温度が高くなるほど圧縮機の回転数が小さくなる特性と一致するので、常に最高効率で運転することができて、省エネルギーとなるものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、沸き上げ設定温度に対して最高効率の得られる回転数を求めて設定するので、つねに最高効率で運転することができて、省エネルギーとなるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の構成説明図
【図２】
同ヒートポンプ給湯機の圧縮機の回転数に対する効率と加熱能力を示す説明図
【図３】
同ヒートポンプ給湯機の沸き上げ温度に対する回転数と加熱能力と必要加熱能力を示す説明図
【図４】
本発明の第２の実施例におけるヒートポンプ給湯機の構成説明図
【図５】
同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する回転数と加熱能力と必要加熱能力を示す説明図
【図６】
従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
１  圧縮機
２  放熱器
３  減圧装置
４  蒸発器
５  ヒートポンプ
６  循環ポンプ（循環手段）
７  貯湯槽
１４  水熱交換器
１５  温度検知器
１６  湯温設定手段
１８  回転数設定手段
２０  外気温度検知手段