(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記圧縮機の吐出圧力が外気温度に対して予め設定された目標吐出圧力になるように減圧装置の開度を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は圧縮機の吐出圧力が吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出圧力より高くなる外気温度のときには常用最大吐出圧力を越えないように減圧装置の開度を制御し、圧縮機の吐出圧力が吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出温度より高くなる外気温度のときは常用最大吐出温度を越えないように減圧装置の開度を制御する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】
本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のヒートポンプ給湯機は特開昭６０−１６４１５７号公報に示すようなものがある。図１０は従来のヒートポンプ給湯機の構成説明図である。図１０において、圧縮機１、冷媒対水熱交換器２、減圧装置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、前記冷媒対水熱交換器２、補助加熱器７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冷媒対水熱交換器２に流入し、ここで前記循環ポンプ６から送られてきた水を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は前記減圧装置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に戻る。一方、前記冷媒対水熱交換器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。そして、前記冷媒対水熱交換器２の入口水温が設定値に達すると水温度検出手段８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７の単独運転に切り換えるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１０に示す従来例のヒートポンプ給湯機では、減圧装置３としてキャピラリーチューブや温度式膨張弁を用いていた。減圧装置３としてキャピラリーチューブを用いる場合、一般的に、冷媒循環量の多い夏季の温度条件を基準にキャピラリーチューブの仕様を設計する。そのため、夏季以外の特に給湯負荷の大きい冬季には運転の効率が悪くなるという課題を有していた。また、同様に夏季以外の特に外気温度の低い冬季には冷媒循環回路に必要以上の冷媒が循環するため、圧縮機１に液冷媒が吸い込まれ、その結果、液圧縮となり圧縮機の耐久性が悪くなるという課題を有していた。
【０００４】
他方、減圧装置３として温度式膨張弁を用いる場合、一般的に、蒸発器４の出口の冷媒は過熱度がとれた過熱ガス状態となるように、減圧装置３としての温度式膨張弁の仕様を設計する。そのため、設計した外気温度よりも高い時には吐出圧力が上昇したり、外気温度の低い冬季には吐出温度が上昇したりして圧縮機の耐久性が悪くなるという課題を有していた。また、冬季において蒸発器４に着霜したときも、蒸発器４の出口の冷媒状態を過熱度がとれるように制御するため、いっそう着霜が進み、運転の効率が悪くなるという課題を有していた。
【０００５】
本発明の目的は圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇がない、効率の良い給湯加熱運転を実現することである。
【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、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、圧縮機の吐出圧力が外気温度に対して予め設定された目標吐出圧力になるように減圧装置の開度を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は圧縮機の吐出圧力が吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出圧力より高くなる外気温度のときには常用最大吐出圧力を越えないように減圧装置の開度を制御し、圧縮機の吐出圧力が吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出温度より高くなる外気温度のときは常用最大吐出温度を越えないように減圧装置の開度を制御するヒートポンプ給湯機とする。
【０００７】
上記発明において、外気温度に対して給湯運転の効率が最も良い吐出圧力を予め求めておいて、これを目標吐出圧力として設定する。そして、給湯運転を行う場合に外気温度と圧縮機の吐出圧力とを検出して、圧縮機の吐出圧力がこの目標吐出圧力になるように減圧装置の開度を制御するので、年間を通じて、効率の良い給湯加熱運転ができる。
【０００８】
また、吐出圧力検出手段からの信号によって、常用最大吐出圧力を越えないように、減圧装置の開度を制御するので、圧縮機の異常圧力上昇がなく、さらに、吐出圧力検出手段からの信号によって、常用最大吐出温度を越えないように、減圧装置の開度を制御するので、圧縮機の異常温度上昇もない、耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は各請求項に記載の形態で実施できるものであり、請求項１記載のように、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、圧縮機の吐出圧力が外気温度に対して予め設定された目標吐出圧力になるように減圧装置の開度を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は圧縮機の吐出圧力が吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出圧力より高くなる外気温度のときには常用最大吐出圧力を越えないように減圧装置の開度を制御し、圧縮機の吐出圧力が吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出温度より高くなる外気温度のときは常用最大吐出温度を越えないように減圧装置の開度を制御するヒートポンプ給湯機とすることにより、外気温度に対して給湯運転の効率が最も良い吐出温度を予め求めておいて、これを目標吐出圧力として設定するので、年間を通じて、効率の良い給湯加熱運転ができる。
【００１０】
また、外気温度が高いときには、圧縮機の吐出圧力が、吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出圧力を越えないように、減圧装置の開度を制御する制御手段を設けた構成とすることにより、圧縮機の異常圧力上昇がない、耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現できる。
【００１１】
また、外気温度が低いときには、圧縮機の吐出圧力が、吐出圧力検出手段からの信号によって予め設定された常用最大吐出温度を越えないように、減圧装置の開度を制御する制御手段を設けた構成とすることにより、圧縮機の異常温度上昇がない耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現できる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の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減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図、図３は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出圧力を示す説明図である。なお、従来例で説明した図１０と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。
【００１４】
図１において、冷媒対水熱交換器２の水側出口に設けられた沸き上げ温度検出手段９からの信号で回転数制御手段１０は循環ポンプ６の回転数を制御して、冷媒対水熱交換器２の出口水温（沸き上げ温度）をほぼ一定になるように沸き上げる。また、制御手段１１は、外気温度を検出する外気温度検出手段１２と圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段１３からの信号で減圧装置３を制御する。１４は外気温度に対する目標吐出圧力を記憶している第一の記憶手段である。なお、減圧装置３として電動膨張弁（図示せず）等がある。
【００１５】
次に動作、作用について説明する。
【００１６】
図２は横軸に減圧装置３の開度をとり、縦軸に吐出温度と吐出圧力と効率をとって、ある外気温度の時の減圧装置３の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率の関係を示したものである。同図からわかるように、効率は減圧装置３の開度に対して極大値がある。また、同図において、一点鎖線は圧縮機の通常使用時の最大温度である常用最大吐出温度を示しており、二点鎖線は圧縮機の通常使用時の最大圧力である常用最大吐出圧力を示している。ここで、効率が極大になる減圧装置３の開度Ｘに対する吐出圧力を目標吐出圧力Ｙとする。そして、各外気温度に対して、この目標吐出圧力Ｙを求めると、図３のようになる。この外気温度に対する目標吐出圧力の関係を第一の記憶手段１４に予め記憶させる。
【００１７】
つまり、給湯運転が始まり圧縮機１が起動すると、制御手段１１は外気温度検出手段１２と吐出圧力検出手段１３からの信号で外気温度と吐出圧力と検出する。そして、外気温度と目標吐出圧力との関係を記憶している第一の記憶手段１４からの情報で、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも高ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く方向）ように制御する。逆に、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも低ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を小さくする（閉じる方向）ように制御する。
【００１８】
上記のように、制御手段１１による吐出圧力制御をある時間毎に行えば、外気温度が変化しても常に効率の良い給湯運転が可能となる。
【００１９】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図、図５は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出圧力を示す説明図である。
【００２０】
次に動作、作用について説明する。
【００２１】
図４は横軸に減圧装置３の開度をとり、縦軸に吐出温度と吐出圧力と効率をとって、ある外気温度の高い場合の減圧装置３の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率の関係を示したものである。同図に示すように、外気温度がかなり高くなると、効率が極大値になる減圧装置３の開度において吐出圧力が常用最大吐出圧力（例えば２．４ＭＰａ）を越えるときがある。この場合、減圧装置３の開度をＡからＢに変更すると吐出圧力はＣからＤに減少することになる。そこで、外気温度が高いときには、目標吐出圧力の上限値を常用最大吐出圧力とする。図５は横軸に外気温度をとり縦軸に目標吐出圧力をとって、外気温度と目標吐出圧力との関係を示したものである。この関係を第一の記憶手段１４に予め記憶させる。
【００２２】
つまり、給湯運転が始まり圧縮機１が起動すると、制御手段１１は外気温度検出手段１２と吐出圧力検出手段１３からの信号で外気温度と吐出圧力とを検出し、そして、外気温度と目標吐出圧力との関係を記憶している第一の記憶手段１４からの情報で、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも高ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く方向）ように制御する。逆に、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも低ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を小さくする（閉じる方向）ように制御する。
【００２３】
このように吐出圧力が常用最大吐出圧力を越えないようにすることができるので、異常圧力上昇のない給湯運転が可能となる。
【００２４】
（実施例３）
図６は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成説明図、図７は同ヒートポンプ給湯機の減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図、図８は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出圧力を示す説明図である。
【００２５】
本実施例において、実施例１と異なる点は、第二の記憶手段１５を設けた構成としている点である。
【００２６】
なお、実施例１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００２７】
次に動作、作用について説明する。
【００２８】
図７は横軸に減圧装置３の開度をとり、縦軸に吐出温度と吐出圧力と効率をとって、ある外気温度の低い場合の減圧装置３の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率の関係を示したものである。同図に示すように、外気温度がかなり低くなると、効率が極大値になる減圧装置３の開度において吐出温度が常用最大吐出温度（例えば１０５゜Ｃ）を越えるときがある。この場合、減圧装置３の開度をＡからＢに変更すると吐出温度はＣからＤに減少し、吐出圧力はＥからＦに減少する。結局、同図に示す外気温度の場合には吐出温度をＤ（常用最大吐出温度）にするためには吐出圧力をＦにすればよいことになる。この減圧装置３の開度Ｂに対する吐出圧力を目標吐出圧力Ｚとする。そして、各外気温度に対して、この目標吐出圧力Ｚを求めると、図８の実線のようになる。この外気温度に対する目標吐出圧力Ｚの関係を第二の記憶手段１５に予め記憶させる。同図において、点線は常用最大吐出温度による制御を行わない場合である。また、実線と点線の交点の外気温度を低温側限界外気温度Ｔｌとする。
【００２９】
つまり、給湯運転が始まり圧縮機１が起動すると、制御手段１１は外気温度検出手段１２からの信号で外気温度を検出する。この外気温度が低温側限界外気温度Ｔｌよりも高ければ、さらに、制御手段１１は外気温度検出手段１２と吐出圧力検出手段１３からの信号で外気温度と吐出圧力とを検出し、そして、外気温度と目標吐出圧力との関係を記憶している第一の記憶手段１４からの情報で、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも高ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く方向）ように制御する。逆に、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも低ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を小さくする（閉じる方向）ように制御する。
【００３０】
他方、外気温度検出手段１２からの信号で検出した外気温度が低温側限界外気温度Ｔｌよりも低ければ、吐出圧力検出手段１３からの信号で吐出圧力を検出し、そして、第二の記憶手段１５からの情報で、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも高ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く方向）ように制御する。逆に、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも低ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を小さくする（閉じる方向）ように制御する。
【００３１】
上記のように制御手段１１による吐出圧力制御をある時間毎に行えば、吐出温度が常用最大吐出温度を越えないようにすることができるので、異常温度上昇のない給湯運転が可能となる。
【００３２】
（実施例４）
図９は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成説明図である。
【００３３】
本実施例において、実施例１と異なる点は減圧装置３の最小開度を記憶している最小開度記憶手段１６を設けた構成としている点である。
【００３４】
なお、実施例１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００３５】
次に動作、作用について説明する。
【００３６】
給湯運転が始まり圧縮機１が起動すると、制御手段１１は外気温度検出手段１２と吐出圧力検出手段１３からの信号で外気温度と吐出圧力とを検出する。そして、外気温度と目標吐出圧力との関係を記憶している第一の記憶手段１４からの情報で、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも高ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く方向）ように制御する。逆に、今の吐出圧力が目標吐出圧力よりも低ければ、制御手段１１は最小開度記憶手段１６からの信号で得た減圧装置３の最小開度と現在の減圧装置３の開度とを比較する。そして、現在の減圧装置３の開度のほうが前記最小開度よりも大きければ、減圧装置３の開度を前記最小開度を下まわらない範囲で小さくする（閉じる方向）ように制御する。また、現在の減圧装置３の開度のほうが前記最小開度よりも小さいか等しければ、減圧装置３の開度を前記最小開度になるように制御する。
【００３７】
このようにすれば、外気温度が低い場合に蒸発器４に霜が付着して蒸発温度が低下しても減圧装置３の開度を必要以上に小さくすることがないので、効率の良い給湯加熱運転が維持できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、年間を通じて、効率の良い給湯加熱運転ができるという効果を有する。
【００３９】
また、圧縮機の異常圧力上昇がない、耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現できるという効果を有する。
【００４０】
また、圧縮機の異常温度上昇がなく、また、液圧縮のない耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機を示す構成説明図
【図２】  同ヒートポンプ給湯機の減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図
【図３】  同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出圧力を示す説明図
【図４】  本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図
【図５】  同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出圧力を示す説明図
【図６】  本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成説明図
【図７】  同ヒートポンプ給湯機の減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図
【図８】  同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出圧力を示す説明図
【図９】  本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成説明図
【図１０】  従来例におけるヒートポンプ給湯機の構成説明図
【符号の説明】
１  圧縮機
２  冷媒対水熱交換器
３  減圧装置
４  蒸発器
５  貯湯槽
６  循環ポンプ
１１  制御手段
１２  外気温度検出手段
１３  吐出圧力検出手段
１４  第一の記憶手段
１５  第二の記憶手段
１６  最小開度記憶手段
【図１】
0003700474.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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