(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒と水との間で熱交換する水熱交換器と、
冷媒を膨脹させる膨脹弁と、
冷媒と空気との間で熱交換する空気熱交換器と、
冷媒を圧縮機、水熱交換器、膨脹弁、空気熱交換器の順に循環させる冷媒循環経路と、
空気熱交換器に外気を供給する送風ファンと、
底部から水を水熱交換器へ送り出し、水熱交換器を通過した水を頂部から受け入れる貯湯槽と、
水熱交換器と貯湯槽の間で水を循環させる循環ポンプと、
水熱交換器を通過した水の温度を沸き上げ温度として検出する沸き上げ温度検出手段を備えており、
沸き上げ温度が沸き上げ設定温度となるように、膨脹弁の開度と、送風ファンの回転数と、ポンプの回転数を調整するヒートポンプ給湯器であって、
沸き上げ設定温度を水の殺菌温度として、貯湯槽の水を殺菌する殺菌運転を実施可能に構成されており、
外気温を検出する外気温検出手段をさらに備えており、
外気温が所定温度を超える場合に、殺菌運転を禁止することを特徴とするヒートポンプ給湯器。
【請求項２】
直前の殺菌運転の実施から第１所定時間が経過した場合に、次の殺菌運転が実施されるまで、貯湯槽からの給湯を禁止することを特徴とする請求項１の給湯器。
【請求項３】
直前の殺菌運転の実施から第１所定時間が経過しており、かつ次の殺菌運転が実施される前であっても、直前の貯湯槽からの給湯から第２所定時間が経過していなければ、貯湯槽からの給湯を許可することを特徴とする請求項２の給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、ヒートポンプ給湯器が開示されている。そのヒートポンプ給湯器は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水との間で熱交換する水熱交換器と、冷媒を膨脹させる膨脹弁と、冷媒と空気との間で熱交換する空気熱交換器と、冷媒を圧縮機、水熱交換器、膨脹弁、空気熱交換器の順に循環させる冷媒循環経路と、空気熱交換器に外気を供給する送風ファンと、水熱交換器に水を供給するポンプと、水熱交換器を通過した水の温度を沸き上げ温度として検出する沸き上げ温度検出手段を備えている。そのヒートポンプ給湯器では、沸き上げ温度が沸き上げ設定温度となるように、膨脹弁の開度と、送風ファンの回転数と、ポンプの回転数を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９８６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
夏場のように、外気温が高い状況でヒートポンプを動作させると、圧縮機に流入する冷媒の圧力が上昇し、圧縮機における冷媒の圧力および温度の上昇を招いてしまう。さらに、高温の外気に曝されることで、圧縮機そのものの温度も上昇する。圧縮機を高温・高圧の状態で長時間動作させると、構成部品の劣化を招き、圧縮機の耐久性を損なうことになってしまう。ヒートポンプ給湯器において、圧縮機の耐久性を確保することが可能な技術が待望されている。
【０００５】
本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、ヒートポンプ給湯器において、圧縮機の耐久性を確保することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、ヒートポンプ給湯器を開示する。そのヒートポンプ給湯器は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水との間で熱交換する水熱交換器と、冷媒を膨脹させる膨脹弁と、冷媒と空気との間で熱交換する空気熱交換器と、冷媒を圧縮機、水熱交換器、膨脹弁、空気熱交換器の順に循環させる冷媒循環経路と、空気熱交換器に外気を供給する送風ファンと、水熱交換器に水を供給するポンプと、水熱交換器を通過した水の温度を沸き上げ温度として検出する沸き上げ温度検出手段を備えている。そのヒートポンプ給湯器は、沸き上げ温度が沸き上げ設定温度となるように、膨脹弁の開度と、送風ファンの回転数と、ポンプの回転数を調整する。そのヒートポンプ給湯器は、外気温を検出する外気温検出手段をさらに備えている。そのヒートポンプ給湯器は、外気温が第１所定温度を超える場合に、沸き上げ設定温度を上昇させる。そのヒートポンプ給湯器は、外気温が第２所定温度を超える場合に、圧縮機の回転数を低減させる。
【０００７】
上記のヒートポンプ給湯器では、外気温が第１所定温度を超える場合に、沸き上げ設定温度を上昇させる。これにより、圧縮機における冷媒の圧力および温度の上昇を抑制することができる。また、上記のヒートポンプ給湯器では、外気温が第２所定温度を超える場合に、圧縮機の回転数を低減させる。これにより、圧縮機における冷媒の圧力および温度の上昇を抑制することができる。第１所定温度と第２所定温度は、同じ温度であってもよいし、異なる温度であってもよい。上記のヒートポンプ給湯器によれば、圧縮機を高温・高圧のもとで動作させる事態を抑制することで、圧縮機の耐久性を確保することができる。
【０００８】
本明細書が開示する他のヒートポンプ給湯器は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水との間で熱交換する水熱交換器と、冷媒を膨脹させる膨脹弁と、冷媒と空気との間で熱交換する空気熱交換器と、冷媒を圧縮機、水熱交換器、膨脹弁、空気熱交換器の順に循環させる冷媒循環経路と、空気熱交換器に外気を供給する送風ファンと、底部から水を水熱交換器へ送り出し、水熱交換器を通過した水を頂部から受け入れる貯湯槽と、水熱交換器と貯湯槽の間で水を循環させる循環ポンプと、水熱交換器を通過した水の温度を沸き上げ温度として検出する沸き上げ温度検出手段を備えている。そのヒートポンプ給湯器は、沸き上げ温度が沸き上げ設定温度となるように、膨脹弁の開度と、送風ファンの回転数と、ポンプの回転数を調整する。そのヒートポンプ給湯器は、沸き上げ設定温度を水の殺菌温度として、貯湯槽の水を殺菌する殺菌運転を実施可能に構成されている。そのヒートポンプ給湯器は、外気温を検出する外気温検出手段をさらに備えている。そのヒートポンプ給湯器は、外気温が所定温度を超える場合に、殺菌運転を禁止する。
【０００９】
上記のヒートポンプ給湯器では、外気温が高い場合に殺菌運転を禁止することで、圧縮機が高温・高圧のもとで動作する機会を低減することができる。上記のヒートポンプ給湯器によれば、圧縮機の耐久性を確保することができる。
【００１０】
上記のヒートポンプ給湯器では、直前の殺菌運転の実施から第１所定時間が経過した場合に、次の殺菌運転が実施されるまで、貯湯槽からの給湯を禁止することが好ましい。
【００１１】
殺菌運転を禁止することで、殺菌運転が実施されずに長期間が経過すると、貯湯槽の内部の水に雑菌が繁殖するおそれがある。上記のヒートポンプ給湯器によれば、このように貯湯槽の内部の水に雑菌が繁殖しているおそれがある場合に、貯湯槽からの給湯を禁止することで、利用者の安全性を確保することができる。
【００１２】
上記のヒートポンプ給湯器では、直前の殺菌運転の実施から第１所定時間が経過しており、かつ次の殺菌運転が実施される前であっても、直前の貯湯槽からの給湯から第２所定時間が経過していなければ、貯湯槽からの給湯を許可することが好ましい。
【００１３】
殺菌運転が実施されずに長期間が経過した場合でも、貯湯槽からの給湯が継続的に行われて、貯湯槽の内部の水の入れ換えがされている場合には、貯湯槽の内部の水に雑菌が繁殖するおそれはほとんどない。上記のヒートポンプ給湯器によれば、このように貯湯槽の内部の水に雑菌が繁殖しているおそれがほとんどない場合に、貯湯槽からの給湯を許可することで、利用者の利便性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書が開示する技術によれば、ヒートポンプ給湯器において、圧縮機の耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】給湯システム１０の構成を模式的に示す図である。
【図２】給湯システム１０の沸き上げ運転時の動作を説明するフローチャートである。
【図３】給湯システム１０の給湯運転時の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、本実施例の給湯システム１０は、ヒートポンプ１２と、貯湯槽１４と、混合弁１６と、補助熱源機１８と、コントローラ２０を備えている。
【００１７】
ヒートポンプ１２は、圧縮機２２と、水熱交換器２４と、膨脹弁２６と、空気熱交換器２８と、送風ファン３０と、循環ポンプ３２と、沸き上げ温度サーミスタ３４と、外気温サーミスタ３８を備えている。ヒートポンプ１２で使用する冷媒は、例えばＲ７４４（ＣＯ２冷媒）であってもよいし、Ｒ４１０Ａ（ＨＦＣ冷媒）であってもよい。圧縮機２２は、吸込側から流入する低温低圧の冷媒を圧縮して、吐出側から送り出す。圧縮機２２の回転数は、通常は定回転数となるように制御される。圧縮機２２の吐出側から送出された冷媒は、水熱交換器２４の冷媒通路２４ａへ供給される。水熱交換器２４では、冷媒通路２４ａを流れる高温の冷媒と、水通路２４ｂを流れる低温の水の間で熱交換する。水熱交換器２４で冷却されて低温となった冷媒は、膨脹弁２６に送られる。膨脹弁２６は、水熱交換器２４から流入する冷媒を断熱膨張させて、空気熱交換器２８へ送る。膨脹弁２６の開度を調整することで、膨脹弁２６における冷媒の膨脹度合が調整される。空気熱交換器２８では、内部を通過する低温の冷媒を外気との熱交換により加熱する。送風ファン３０は空気熱交換器２８の近傍に配置されており、空気熱交換器２８に外気を供給する。送風ファン３０の回転数を調整することで、空気熱交換器２８における冷媒の加熱度合が調整される。空気熱交換器２８から流出する冷媒は、再び圧縮機２２へ送られる。
【００１８】
水熱交換器２４の水通路２４ｂの入口側は、水循環往路４０を介して、貯湯槽１４の底部に連通している。水熱交換器２４の水通路２４ｂの出口側は、水循環復路４２を介して、貯湯槽１４の頂部に連通している。水循環往路４０には、循環ポンプ３２が設けられている。循環ポンプ３２が駆動すると、貯湯槽１４の底部から水が吸い出され、水熱交換器２４の水通路２４ｂに送られる。水熱交換器２４で加熱されて高温となった水は、水循環復路４２を介して貯湯槽１４の頂部に戻される。貯湯槽１４の内部では、低温の水の上方に高温の水が積層される、いわゆる温度成層が形成される。水熱交換器２４を通過して高温となった水の温度は、沸き上げ温度サーミスタ３４により検出される。以下では、沸き上げ温度サーミスタ３４で検出される温度を沸き上げ温度という。
【００１９】
貯湯槽１４の底部には、貯湯槽１４に水道水を給水する給水経路４４が接続されている。貯湯槽１４の頂部には、貯湯槽１４から水を送り出す高温水経路４６が接続されている。給水経路４４からは、低温水経路４８が分岐している。高温水経路４６と低温水経路４８は、混合弁１６で合流している。混合弁１６では、高温水経路４６を流れる高温の水と、低温水経路４８を流れる低温の水を混合して、給湯経路５０に送り出す。給湯経路５０には、必要に応じて給湯経路５０を流れる水を加熱する補助熱源機１８が設けられている。補助熱源機１８を通過した水は、給湯栓５２に供給される。給湯栓５２に供給される水の温度は、給湯サーミスタ５４により検出される。
【００２０】
コントローラ２０は、ヒートポンプ１２、混合弁１６および補助熱源機１８の動作を制御する。コントローラ２０には、給湯設定温度と沸き上げ設定温度が保持されている。
【００２１】
（沸き上げ運転）
沸き上げ運転においては、給湯システム１０は、給湯栓５２への給湯に備えて、貯湯槽１４に高温の水を蓄える。通常は、給湯システム１０は、電気料金の安価な深夜の時間帯において、タイマ制御により沸き上げ運転を実施する。沸き上げ運転を開始すると、コントローラ２０は、圧縮機２２を始動してヒートポンプ１２における冷媒の循環を開始させ、送風ファン３０を始動する。さらに、コントローラ２０は、循環ポンプ３２を始動して貯湯槽１４と水熱交換器２４の間での水の循環を開始させる。これにより、貯湯槽１４の底部から吸い出された水が、水熱交換器２４で加熱されて、貯湯槽１４の頂部へと戻される。沸き上げ運転を行っている間は、沸き上げ温度サーミスタ３４の検出温度が沸き上げ設定温度となるように、膨脹弁２６の開度、送風ファン３０の回転数および循環ポンプ３２の回転数が調整される。なお、沸き上げ運転を行っている間は、圧縮機２２の回転数はほぼ一定に維持される。貯湯槽１４の内部が高温の水で満たされると、給湯システム１０は沸き上げ運転を終了する。
【００２２】
（給湯運転）
利用者によって給湯栓５２が開かれると、給湯システム１０は給湯運転を開始する。給湯栓５２が開かれると、給水経路４４の給水圧によって貯湯槽１４の内部の水が押し上げられ、貯湯槽１４の頂部から高温水経路４６に高温の水が送出される。高温水経路４６の水は、混合弁１６において低温水経路４８からの低温の水と混合して、給湯経路５０に送出される。コントローラ２０は、給湯サーミスタ５４で検出される温度が給湯設定温度となるように、混合弁１６の開度を調整する。これにより、給湯経路５０を介して給湯栓５２に、給湯設定温度の水が供給される。貯湯槽１４に高温の水が十分に蓄えられていない場合や、後述するように貯湯槽１４からの給湯が禁止されている場合には、混合弁１６から給湯経路５０へ給湯設定温度の水を供給できないことになる。このような場合、コントローラ２０は、補助熱源機１８を駆動して給湯経路５０を流れる水を加熱し、給湯設定温度まで加熱された水を給湯栓５２へ供給する。利用者によって給湯栓５２が閉じられると、給湯システム１０は給湯運転を終了する。
【００２３】
（殺菌運転）
貯湯槽１４の内部に水が長時間滞留すると、レジオネラ菌等の雑菌が繁殖するおそれがある。雑菌が繁殖した水は、そのままでは給湯に使用することができない。そこで、給湯システム１０では、定期的に殺菌運転を行って、貯湯槽１４の内部の水に雑菌が繁殖することを防止する。殺菌運転では、沸き上げ設定温度を水の殺菌温度として、上述した沸き上げ運転と同様の運転を行うことで、貯湯槽の水を殺菌する。水の殺菌温度は、レジオネラ菌等の雑菌を熱により殺菌することができる水温であって、例えば６５℃である。本実施例の給湯システム１０では、直前の殺菌運転の実施から所定時間（例えば８０時間）が経過する毎に、殺菌運転を実施する。なお、殺菌運転を行う際には、混合弁１６において高温水経路４６側の開度を全閉として、貯湯槽１４からの水が給湯経路５０へ流出しないようにする。これにより、殺菌運転のために高温に加熱された水が、不用意に給湯栓５２へ給湯されてしまう事態を防ぐことができる。
【００２４】
夏場のように、外気温が高い状況でヒートポンプ１２を動作させると、圧縮機２２に流入する冷媒の圧力が上昇し、圧縮機２２における冷媒の圧力および温度の上昇を招いてしまう。さらに、高温の外気に曝されることで、圧縮機２２そのものの温度も上昇する。圧縮機２２を高温・高圧の状態で長時間動作させると、構成部品の劣化を招き、圧縮機２２の耐久性を損なうことになってしまう。
【００２５】
そこで、本実施例の給湯システム１０では、外気温が高い場合には、沸き上げ運転び殺菌運転におけるヒートポンプ１２の動作に制限を加えて、圧縮機２２の耐久性を確保する。
【００２６】
図２は給湯システム１０が沸き上げ運転を開始する際に、コントローラ２０が行う処理を示している。
【００２７】
ステップＳ２では、外気温サーミスタ３８によって、外気温の取得を行う。
【００２８】
ステップＳ４では、ステップＳ２で取得した外気温が第１所定温度（例えば３８℃）に満たないか否かを判断する。外気温が第１所定温度に満たない場合（ステップＳ４でＹＥＳの場合）、沸き上げ設定温度および圧縮機２２の回転数を特に変更することなく、ステップＳ６に進み、沸き上げ運転を実施する。ステップＳ４で外気温が第１所定温度以上である場合（ＮＯの場合）、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、沸き上げ設定温度を所定温度幅（例えば１０℃）上昇させる。このように、沸き上げ設定温度を上昇させることによって、圧縮機２２に流入する冷媒の圧力上昇を防ぎ、圧縮機２２が高温・高圧で動作する事態を抑制することができる。ステップＳ８の後、処理はステップＳ１０へ進む。
【００２９】
ステップＳ１０では、外気温が第２所定温度（例えば４０℃）に満たないか否かを判断する。外気温が第２所定温度に満たない場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６へ進んで、沸き上げ運転を実施する。ステップＳ１０で外気温が第２所定温度以上である場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１２へ進む。
【００３０】
ステップＳ１２では、外気温が第３所定温度（例えば４５℃）に満たないか否かを判断する。外気温が第３所定温度に満たない場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、圧縮機２２の回転数を、通常よりも所定量（例えば５００ｒｐｍ）減少させる。圧縮機２２の回転数を通常よりも減少させることによって、圧縮機２２に流入する冷媒の圧力上昇を防ぎ、圧縮機２２が高温・高圧で動作する事態を抑制することができる。ステップＳ１４の後、ステップＳ６へ進み、沸き上げ運転を実施する。ステップＳ１２で外気温が第３所定温度以上である場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１６へ進む。
【００３１】
ステップＳ１６では、外気温が第４所定温度（例えば５０℃）に満たないか否かを判断する。外気温が第４所定温度に満たない場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、圧縮機２２の回転数を、通常よりも所定量（例えば１０００ｒｐｍ）減少させる。圧縮機２２の回転数を通常よりも減少させることによって、圧縮機２２に流入する冷媒の圧力上昇を防ぎ、圧縮機２２が高温・高圧で動作する事態を抑制することができる。ステップＳ１８の後、ステップＳ６へ進み、沸き上げ運転を実施する。ステップＳ１６で外気温が第４所定温度以上である場合（ＮＯの場合）、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、沸き上げ運転を禁止して処理を終了する。これによって、圧縮機２２が高温・高圧で動作する機会を低減して、圧縮機２２の耐久性を確保することができる。
【００３２】
次に、殺菌運転におけるヒートポンプ１２の動作制限について説明する。本実施例の給湯システム１０では、外気温サーミスタ３８で検出される外気温が所定温度（例えば４０℃）以上である場合には、殺菌運転を禁止する。これによって、圧縮機２２が高温・高圧のもとで動作する機会を低減することができる。圧縮機２２の耐久性を確保することができる。
【００３３】
上記のように殺菌運転を禁止することで、殺菌運転が実施されずに長期間が経過すると、貯湯槽１４の内部の水に雑菌が繁殖するおそれがある。雑菌が繁殖した水は、給湯栓５２へ給湯することができない。そこで、本実施例の給湯システム１０では、給湯運転において貯湯槽１４からの給湯に制限を加える。
【００３４】
図３は給湯システム１０が給湯運転を開始する際に、コントローラ２０が行う処理を示している。
【００３５】
ステップＳ３２では、直前の殺菌運転の実施時刻を特定し、その時刻から現在までの経過時間（以下では第１経過時間という）を取得する。
【００３６】
ステップＳ３４では、ステップＳ３２で取得した第１経過時間が、第１所定時間（例えば８０時間）以上であるか否かを判断する。第１経過時間が第１所定時間に満たない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ４２へ進んで、通常通りの給湯運転を行う。この場合には、直前の殺菌運転からそれほど長時間が経過しておらず、貯湯槽１４の内部の水が清浄に保たれているので、貯湯槽１４から給湯を行っても問題はない。ステップＳ３４で、第１経過時間が第１所定時間を越える場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ３６へ進む。
【００３７】
ステップＳ３６では、直前の貯湯槽１４からの給湯時刻を特定し、その時刻から現在までの経過時間（以下では第２経過時間）を取得する。
【００３８】
ステップＳ３８では、ステップＳ３６で取得した第２経過時間が、第２所定時間（例えば２０時間）以上であるか否かを判断する。第２経過時間が第２所定時間以上である場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ４０へ進む。
【００３９】
ステップＳ４０では、貯湯槽１４からの給湯を禁止した状態で、給湯栓５２への給湯を行う。具体的には、混合弁１６を制御して、貯湯槽１４から高温水経路４６を介して給湯経路５０へ供給される水の流量をゼロとした状態で、給水経路４４から低温水経路４８を経て給湯経路５０に供給される低温の水を、補助熱源機１８により加熱して、給湯栓５２への給湯を行う。ステップＳ４０を実行するのは、直前の殺菌運転から第１所定時間（例えば８０時間）が経過しており、かつ直前の貯湯槽１４からの給湯から第２所定時間（例えば２０時間）が経過している場合である。このような場合には、貯湯槽１４の内部の水に雑菌が繁殖しているおそれがある。そこで、本実施例の給湯システム１０では、このような場合に、貯湯槽１４からの給湯を禁止し、利用者の安全性を確保している。いったん貯湯槽１４からの給湯が禁止されると、外気温が低下して殺菌運転が行われるまで、貯湯槽１４からの給湯が行われることがない。外気温が低下して殺菌運転が行われた後は、再び貯湯槽１４からの給湯を行うことが可能となる。
【００４０】
ステップＳ３８で、経過時間が第２所定時間を越えていない場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ４２へ進んで、通常通りの給湯運転がなされる。この場合には、直前の殺菌運転から長時間が経過しているものの、直前の貯湯槽１４からの給湯により貯湯槽１４の内部の水の入れ換えがなされているので、貯湯槽１４の内部の水に雑菌が繁殖しているおそれはほとんどない。そこで、本実施例の給湯システム１０では、このような場合に、貯湯槽１４からの給湯を許可し、利用者の利便性を確保している。
【００４１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４２】
１０  給湯システム
１２  ヒートポンプ
１４  貯湯槽
１６  混合弁
１８  補助熱源機
２０  コントローラ
２２  圧縮機
２４  水熱交換器
２４ａ  冷媒通路
２４ｂ  水通路
２６  膨脹弁
２８  空気熱交換器
３０  送風ファン
３２  循環ポンプ
３４  沸き上げ温度サーミスタ
３８  外気温サーミスタ
４０  水循環往路
４２  水循環復路
４４  給水経路
４６  高温水経路
４８  低温水経路
５０  給湯経路
５２  給湯栓
５４  給湯サーミスタ
【図１】
0005938260.tif 000002
【図２】
0005938260.tif 000003
【図３】
0005938260.tif 000004