(57)【要約】【課題】  複数の圧縮機を備えたヒートポンプ給湯機において、給湯時にヒートポンプ運転を開始したときに、漏れ電流比を大幅に低減させることができるヒートポンプ給湯機を提供することにある。【解決手段】  複数の圧縮機を備え、出湯を検知してそれらの圧縮機を起動させる際に、圧縮機の本体温度に応じて圧縮機の運転を開始する。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧縮機を有し、出湯を検知して前記圧縮機を起動させる際に、前記圧縮機の本体温度に応じて前記圧縮機を起動する給湯制御手段を備えたヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
請求項１記載のヒートポンプ給湯機において、前記給湯制御手段は、前回の圧縮機の停止からの時間に応じて前記圧縮機の運転を開始するヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
請求項１記載のヒートポンプ給湯機において、前記給湯制御手段は、前記圧縮機のうち少なくとも１台の圧縮機の本体温度が所定温度よりも高いときには、出湯を検知したときに各圧縮機を起動させるヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
請求項１記載のヒートポンプ給湯機において、前記給湯制御手段は、いずれの圧縮機も所定の温度以下のときには、１台目の圧縮機を起動してその起動した圧縮機の本体温度が前記所定の温度を超えた場合に、他の圧縮機を起動させるヒートポンプ給湯機。
【請求項５】
請求項２記載のヒートポンプ給湯機において、前記給湯制御手段は、前回の圧縮機の停止からの時間が所定時間よりも短いときは、出湯を検知したときに各圧縮機を起動させるヒートポンプ給湯機。
【請求項６】
請求項２記載のヒートポンプ給湯機において、前記給湯制御手段は、前回の圧縮機の停止からの時間が所定時間よりも長いときは１台目の圧縮機を起動して、その起動した圧縮機の本体温度が前記所定の温度を超えた場合に、他の圧縮機を起動させるヒートポンプ給湯機。
【請求項７】
請求項1記載のヒートポンプ給湯機において、前記圧縮機で圧縮された高温の冷媒と給水管より導入された水とを熱交換させて前記導入された水を加熱する水冷媒熱交換器と、湯を貯める補助タンクと、前記補助タンクからの湯を前記水冷媒熱交換器で加熱された湯水に混合する混合弁とを有し、前記給湯制御手段は、前記混合弁により前記圧縮機の起動に合わせて前記補助タンクからの湯を前記水冷媒熱交換器で加熱された湯水に混合し、前記圧縮機の起動からの時間に応じて当該補助タンクから供給する湯水の供給量を漸次減少させるヒートポンプ給湯機。
【請求項８】
複数の圧縮機を備え、出湯を検知して前記圧縮機を起動させる際に、前回の前記圧縮機運転終了からの経過時間に応じて前記圧縮機の運転を開始する制御手段を備えた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、複数の圧縮機を備えたヒートポンプ給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の圧縮機を備えたヒートポンプ給湯機に関して、それらの圧縮機を起動させる方法については、例えば、制御回路の突入電流のピーク平準化を行うために、一方の圧縮機の起動を遅延させるものがあった。
【０００３】
【特許文献１】特開2003-343914号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、複数の圧縮機の起動を各々遅延させることにより、制御回路への突入電流を平準化させて、制御回路の負担を減少させている。
【０００５】
しかし、複数の圧縮機を起動させて用いるヒートポンプ給湯機の起動時において、突入電流の平準化の他に漏れ電流の問題が有ることがわかった。そして、ある規定値以下に漏れ電流が治まるように装置の起動を制御しようとするとき、突入電流を平準化するための起動時間差を単に数秒設けるだけでは、漏れ電流が規定値まで下がらないことが判った。
【０００６】
また、長い時間をかけて大容量の貯湯タンクに湯を貯めてその湯を給湯に用いるいわゆる、貯湯式ヒートポンプ給湯機ではなく、給水管から導入された水をヒートポンプ回路の水冷媒熱交換器で設定温度に加熱して外部に湯を出湯するいわゆる瞬間式ヒートポンプ給湯機においては、出湯のために圧縮機を起動・停止の回数が貯湯式ヒートポンプ給湯機に比べて格段に多いため、できるだけ起動時の漏れ電流の問題を解決しなければならない。
【０００７】
漏れ電流を確実に低減する為の手段として漏れ電流キャンセル回路があるが、製品原価を上げてしまうという問題がある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、複数の圧縮機を備えたヒートポンプ給湯機において、給湯時にヒートポンプ運転を開始したときに、漏れ電流比を大幅に低減させることができるヒートポンプ給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明のヒートポンプ給湯機は、複数の圧縮機を備え、出湯を検知して圧縮機を起動させる際に、圧縮機の本体温度に応じて圧縮機の運転を開始する。圧縮機の本体温度としては、本体自身の温度でもよいし、圧縮機内の冷媒温度でもよい。また、圧縮機の起動を制御する給湯制御手段には前回の圧縮機の停止からの時間を計測して、その計測結果から圧縮機本体の温度を推定し、その推定した本体温度に基づいて圧縮機の起動を制御してもよい。
【００１０】
また上記目的を達成するために本発明のヒートポンプ給湯機は、２台の圧縮機を用いるヒートポンプ給湯機の場合、少なくとも１台の圧縮機が所定温度以上の圧縮機本体温度であったら２台の圧縮機を起動する。また所定値よりも圧縮機本体温度が下であったら１台目の圧縮機を起動して、その圧縮機の本体温度が所定値を超えたら、２台目の圧縮機を起動させる。これにより少なくとも1台目の圧縮機の運転により、その圧縮機内部の誘電率比が著しく低下したのちに、２台目の圧縮機を起動させることで、装置の浮遊容量が少なくなり漏れ電流を規定値以下にすることができる。
【００１１】
圧縮機の起動を制御する給湯制御手段には前回の圧縮機の停止からの時間を計測して、その計測結果から圧縮機本体の温度を推定し、その推定した本体温度に基づいて圧縮機の起動を制御したときに、推定した圧縮機本体温度が所定温度以上であれば全ての圧縮機を起動し、所定温度以下であれば少なくとも１台目の圧縮機を起動して、その推定した温度に基づき１台目の圧縮機本体の温度が所定温度に達したら２台目以降の圧縮機を起動するようにしてもよい。
【００１２】
圧縮機本体の温度を推定する場合、圧縮機で用いる冷媒と冷凍機油に応じてその温度を推定するようにしてもよい。その場合、圧縮機内の冷媒温度に相当する圧縮機の本体温度と、冷媒と冷凍機油が圧縮機内に存在する状態の誘電率比との関係から、少なくとも一つの圧縮機が所定温度以上であればその圧縮機は誘電率が下がっているため、全圧縮機を起動させる。また、少なくとも一つの圧縮機の本体温度に合わせて他の圧縮機の起動を開始することができる。
【００１３】
上記目的を達成するために本願ヒートポンプ給湯機は、お湯を貯める補助タンクをさらに有して、圧縮機が同時に起動できない場合にそのタンクからの湯水をヒートポンプ回路の水冷媒熱交換器からの湯水とを混合して出湯させてもよい。これにより、出湯の応答性が早くなり、また漏れ電流比を規定値まで低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、漏れ電流比を規定値まで低減した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】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例が適用されるヒートポンプ給湯機の全体構成を示す図である。本実施例におけるヒートポンプ装置は、給水された水をそのまま水冷媒熱交換器９に導入して、後述するヒートポンプ回路で高温となった冷媒とその水とを熱交換することによりその水の温度を出湯可能温度にまで昇温して、そのまま給湯口２０を経て給湯端末（図示せず。例えば蛇口やシャワーノズル及び浴槽）から出湯させるものである。本実施例におけるヒートポンプ給湯機は、必要な熱量を得るために複数のヒートポンプ回路を備えている。本実施例では二つのヒートポンプ回路を備えた給湯機で説明するが、三つ以上のヒートポンプ回路を備えていてもよい。
【００１６】
次にヒートポンプ回路について説明する。複数のヒートポンプ回路はそれぞれ構成が共通するので、同じ部材の符号にそれぞれのヒートポンプ回路に対応させた添え字ａ・ｂを付して説明する。
【００１７】
圧縮機1a・1bは、圧縮機冷媒温度を擬似的に検出する圧縮機表面温度検出手段2a・2bが設けられていて、水冷媒熱交換器9の冷媒管と冷媒配管を通じ接続する。圧縮機1a・1bの冷媒吐出圧力は、その冷媒配管に設けられた圧縮機圧力検出手段7a・7bにより検出される。
【００１８】
水冷媒熱交換器9の冷媒管に流入した高温の冷媒は、後述する水冷媒熱交換器9の水配管を流れる給水管から導入された水と熱交換して、冷媒配管を介して接続された減圧手段6a・6bで減圧される。減圧された冷媒は、減圧手段6a・6bと冷媒配管を介して接続された蒸発器4a・4bに流入して外気と熱交換をする。蒸発器4a・4bに対してファン3a・3bが外気を強制的に供給することにより、外気から熱をくみ上げる。蒸発器4a・4bには外気温度検出手段5a・5bが設けられているが、これらの外気温度検出手段5a・5bは別の位置に設けてもよい。蒸発器4a・4bからの冷媒は、冷媒配管を通じて圧縮機1a・1bに吸い込まれる。
【００１９】
一方、水回路は外部から給水された水を水冷媒熱交換器９で設定温度に昇温して、外部の給湯端末に供給するものである。まず給水口19から流入した水は、給水水量検出手段17及び給水温度検出手段16が設けられた水配管を通り、一方が給湯調整手段13に接続する調整水配管に、もう一方が水冷媒熱交換器９の水配管に接続する給水配管に流れる。
【００２０】
この水冷媒熱交換器９の水配管に接続する給水配管は、途中で水を一方向に流す逆止弁を挟んで、加熱された水を貯める補助タンク11と接続する水配管に分岐する。それらの水配管の一方には補助タンク回路循環手段18として循環ポンプが設けられている。
【００２１】
水冷媒熱交換器９の水配管と接続して外部に設定された温度の湯を供給する給湯口20と接続する給湯水配管の途中には、出湯制御と補助タンク１１に貯湯制御する為の開閉器としての補助タンク貯湯開閉手段12と、設定温度以上の湯水に給水された水を混合する給湯調整手段13と、出湯する湯水の流量を調節する流量調整弁15が流水方向に順に設けられている。
【００２２】
その給湯水配管には、水冷媒熱交換器９で温められた湯水の温度を検出する熱交水温度検出手段8と、補助タンク１１に貯められた湯が混合されたときの温度を検出する混合温度検出手段10と、出湯する湯水の温度を検出する給湯温度検出手段14が設けられている。
【００２３】
給湯制御手段21は、上述した各検出手段からの検出結果を基に、給湯回路全体（水サイクル、冷凍サイクル）の温度、流量などを検出して所定の温度を常に出湯するよう圧縮機１、減圧手段６、ファン３、補助タンク貯湯開閉手段12、給湯調整手段13、流量調整弁15などを制御する。
【００２４】
圧縮機１については、圧縮機運転制御手段22a・22bは圧縮機1a・1bを駆動させる制御器を用いて制御する。例えばPAMインバータ（矩形波駆動や正弦波駆動）を用いると力率99％、回路効率95％以上で駆動させることができる。
【００２５】
次に図２と図３を用いて、本実施例の基本的な動作について説明する。図２の横軸は、圧縮機１の冷媒温度を検出する圧縮機表面温度検出手段2a（2b）の検出結果である圧縮機温度を表し、縦軸は、圧縮機1a(1b)における冷凍機油と冷媒の誘電率比を表している。冷媒は二酸化炭素（ＣＯ２）を用い、冷凍機油として、例えば体積抵抗率が低い油としてPAG油（ポリアルキレングリコール油）を用いた。
【００２６】
図２の特性において、圧縮機１a(1b)に用いるPAG油とCO2冷媒の冷媒温度検出値が、例えば25℃から80℃に達すると、誘電率比が0.98から0.93まで減少する。この特性の例から、圧縮機冷媒温度がある所定の温度に到達するに従い、誘電率比が減少して圧縮機の浮遊容量が少なくなり、その結果、どのような仕様の複数の圧縮機を用いても漏れ電流が少なくなることを表している。
【００２７】
この特性を用いて、複数の圧縮機を備える水直接加熱出湯型のヒートポンプ給湯機における運転起動時の制御について図３に基づき説明する。図３にはその圧縮機起動時間差運転のフローチャートを示した。
【００２８】
まず、図の圧縮機表面温度検出手段2a、2bによる検出結果に基づき圧縮機１a、１b内の冷媒温度を検出する。（ステップS1）
給湯制御手段２１からの冷媒温度検出結果に基づき、出湯が検出されているならば圧縮機１の起動制御を開始する。(ステップS2)
次に、圧縮機冷媒温度検出値を得たら(ステップS3)、例えば検出値が0℃より大きいならば(ステップS4)、圧縮機運転制御手段２２にて１台目の圧縮機１の運転開始する。（ステップS5、S6）また、圧縮機冷媒温度検出値が、例えば１００℃よりも大きいならば(ステップS4)、各々全ての圧縮機1を起動する。これは、圧縮機1の冷媒温度が十分に高く、漏れ電流比が十分に低い状態にあるからである。このとき、圧縮機１が起動しても水冷媒熱交換器９による導入された水を十分に加熱する能力に至っていないので、補助タンク11からの湯が補助タンク貯湯開閉手段12を介して混合するよう給湯制御手段21が補助タンク貯湯開閉手段１２を制御する。
【００２９】
１台目の圧縮機が起動してその圧縮機の本体温度が所定の誘電率比よりも低下する温度に達するかどうかを給湯制御手段２１は確認する。(ステップS7)本実施例においては、実際の圧縮機本体温度を測定する代わりに、例えばマイコンや専用ICによるクロックカウンタを給湯制御手段21に備えてこれを温度を測定する代わりに用いる。
【００３０】
本実施例においては、1台目の圧縮機1が起動してから30秒間は、その1台目の圧縮機の本体温度が所定の温度に達する時間とみなし、２台目の圧縮機1bは待機状態（所定時間までカウントし続け、圧縮機起動指令OFFとする）とする。そして、30秒経過（所定時間に達した時、圧縮機起動指令ONとする）してから、圧縮機運転制御手段２２にて2台目の圧縮機運転開始を行う。(ステップS8、S9)
図４に圧縮機本体の表面温度温度（上述と同様に圧縮機の冷媒温度でもよい）に対する圧縮機起動時間差テーブルを示す。図２の特性から、圧縮機1a(1b)の本体温度（冷媒温度に対応）に対しての、圧縮機1a(1b)に使用する冷凍機油と冷媒との誘電率比の関係から圧縮機起動時間差テーブルが得られる。
【００３１】
この起動テーブルを用いて、任意の外気温度検出手段5a(5b)に対して圧縮機1a(1b)が運転を停止した後からの経過時間を、例えば給湯制御手段21に設けたマイコンや専用ICによるクロックカウンタを用いて、圧縮機1a(1b)の本体温度の状態を予測（所定時間時間までカウント）する制御を行うようにしてもよい。
【００３２】
そして、複数の圧縮機1a(1b)を起動させる際に、例えば圧縮機1aと圧縮機1bの運転が停止してからの時間をクロックカウンタでカウントしておき、圧縮機冷媒（表面）温度の状態を図４のテーブルを用いて推定する。
【００３３】
例えば前回の圧縮機の運転停止から経過した時間が短く、圧縮機の本体温度が100℃以上あると判断したならば、1台目の圧縮機を起動するとともに2台目の圧縮機も起動させる。また前回の圧縮機の運転停止から経過した時間より圧縮機の本体温度が10℃まで低下したと判断したならば、圧縮機1a(1b)が再起動する時は、まず1台目の圧縮機1aを起動させる。そして1台目の圧縮機1aの本体温度が所定温度に達したならば、2台目の圧縮機1bを起動させる。このとき、2台目の圧縮機1bの起動は図４の起動テーブルを用いて起動時間差を30秒としてタイマ起動させてもよい。
【００３４】
図5に、図４の起動時間差のテーブルを用いた特性と、テーブルを用いない同時起動の際を、実測した漏れ電流比の低減の効果を示す。この図では、横軸に圧縮機起動時間を示し、縦軸に給湯機と対地間の漏れ電流比を示す。この図より、本実施例で説明した起動制御を用いた場合と、用いていない場合の漏れ電流比を比較すれば、本実施例の起動制御を行った方が、漏れ電流比が大きく低減し規定値も満足していることが分かる。
【００３５】
さらに、圧縮機1a(1b)の温度状態に基づいた起動制御を行っても、給湯制御手段21によって、湯をある所定の温度で保温している補助タンク11から補助タンク貯湯開閉手段を制御して水冷媒熱交換器９からの湯水に補助タンク１１の湯を混合して給湯口20から出湯可能な構成を有しているので、応答性が早く、ユーザーの要求に応じた給湯を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の瞬間式ヒートポンプ給湯機の全体構成図。
【図２】本発明の圧縮機冷媒温度に対する誘電率比の特性図。
【図３】本発明の複数の圧縮機起動時間差運転のフローチャート図。
【図４】本発明の圧縮機冷媒温度に対する圧縮機起動時間差テーブル。
【図５】本発明の圧縮機起動時間に対する漏れ電流比の特性図。
【符号の説明】
【００３７】
1a、1b・・・圧縮機1(圧縮機２)、2a、2b・・・圧縮機冷媒温度検出手段1(圧縮機冷媒温度検出手段2)、3a、3b・・・ファン、4a、4b・・・蒸発器１(蒸発器2)、5a、5b・・・外気温度検出手段１(外気温度検出手段2)、6a、6b・・・減圧手段１(減圧手段2)、7a、7b・・・圧縮機圧力検出手段１(圧縮機圧力検出手段2)、8・・・熱交水温度検出手段、9・・・水冷媒熱交換器、10・・・混合温度検出手段、11・・・補助タンク、12・・・補助タンク貯湯開閉手段、13・・・給湯調整手段、14・・・給湯温度検出手段、15・・・流量調整手段、16・・・給水温度検出手段、17・・・給水水量検出手段、18・・・補助タンク回路循環手段、19・・・給水口、20・・・給湯口、21・・・給湯制御手段、22a、22b・・・圧縮機運転制御手段1(圧縮機運転制御手段２)。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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