(57)【要約】【課題】冷媒回路の高圧側圧力が過大圧力となることを防止したヒートポンプ給湯機を提供すること。【解決手段】圧縮機１、放熱器４、減圧装置３、蒸発器２が冷媒配管８１で環状に接続された冷媒回路８０と、蒸発器２に空気を送風するファン７と、湯水を貯留する貯湯タンク６と、少なくともファン７を制御する制御装置１３と、を備え、放熱器４は、冷媒配管８１を貯湯タンク６の外周に巻き付けて構成されており、かつ、貯湯タンク６内の湯水の温度が低いときよりも高いときの方が、ファン７の回転数は低いことを特徴とするヒートポンプ給湯機１００である。【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、減圧装置、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、
前記蒸発器に空気を送風するファンと、
湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに設けられたタンク温度センサと、
少なくとも前記ファンの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記放熱器は、前記冷媒配管を前記貯湯タンクの外周に巻き付けて構成されており、
かつ、前記貯湯タンク内の湯水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数は低いことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
外気温度を検出する外気温度センサを備え、前記外気温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数を低下させるときの低下量は大きいことを特徴とする前記請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
前記圧縮機からの冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、を備え、前記減圧装置は電子膨張弁であり、前記圧縮機からの冷媒の吐出温度が、前記貯湯タンク内の湯水の温度と前記外気温度とから決定される目標吐出温度となるように、前記電子膨張弁の開度を制御することを特徴とする前記請求項１または２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】
本発明はヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯機として、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続した冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、湯水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクの下部と上部とを環状に水配管で接続して構成され、途中に放熱器とポンプが設けられた加熱回路と、を備えたものがある。このヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク下部の湯水をポンプによって放熱器に送り、湯水を加熱して貯湯タンクの上部へと戻すことで、貯湯タンクに湯水を貯留する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このヒートポンプ給湯機は、放熱器の入水温度が所定温度よりも高くなった場合には、ポンプ回転数を増加させる。これにより、放熱器での熱交換量を増大させて、ヒートポンプ装置の高圧上昇を抑制するようにしている。
【０００４】
また、この種のヒートポンプ給湯機として、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、湯水を貯留する貯湯タンクとを備え、放熱器を、冷媒配管を螺旋状に巻き回して構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６３８０２号公報
【特許文献２】中国実用新案公告第２０１４６３２７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の構成では、放熱器への入水温度が上昇し、冷媒回路の高圧側圧力が上昇しやすい運転条件において、ポンプで放熱器を流れる被加熱体（水）の流量を増大させて熱交換量を増大させれば、冷媒回路の高圧側圧力の上昇を抑制することが可能である。
【０００７】
一方、冷媒配管をタンクの外周に巻き回して放熱器を構成した特許文献２の構成では、被加熱体を流動させて熱交換量を増大させることができない。よって、貯湯タンク内部の被加熱体の温度が上昇すると、図５に示すように、冷媒回路の高圧側圧力が上昇し、過大圧力が発生する場合があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒回路の高圧側圧力が過大圧力となることを防止したヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、前記蒸発器に空気を送風するファンと、湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに設けられたタンク温度センサと、少なくとも前記ファンの動作を制御する制御装置と、を備え、前記放熱器は、前記冷媒配管を前記貯湯タンクの外周に巻き付けて構成されており、かつ、前記貯湯タンク内の湯水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数は低いことを特徴とするものである。
【００１０】
これにより、貯湯タンク内の水温が高く、冷媒回路の高圧側圧力が上昇しやすい条件でファンの回転数を低下させるので、蒸発能力が低下し、その結果、冷媒回路の高圧側圧力が過大となることを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷媒回路の高圧側圧力が過大圧力となることを防止したヒートポンプ給湯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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概略構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯機の加熱運転におけるタンク内水温、ファン回転数、冷媒圧力の推移を示す図
【図３】（ａ）同ヒートポンプ給湯機の加熱運転における低外気温度時のタンク内水温、ファン回転数、冷媒圧力の推移を示す図（ｂ）同ヒートポンプ給湯機の加熱運転における高外気温度時のタンク内水温、ファン回転数、冷媒圧力の推移を示す図
【図４】（ａ）同ヒートポンプ給湯機の加熱運転おけるタンク内水温と高圧側圧力及びファン回転数との関係を示す図（ｂ）同ヒートポンプ給湯機の加熱運転におけるモリエル線図
【図５】従来のヒートポンプ給湯機の加熱運転におけるタンク内水温と高圧側圧力及びファン回転数との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、前記蒸発器に空気を送風するファンと、湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに設けられたタンク温度センサと、少なくとも前記ファンの動作を制御する制御装置と、を備え、前記放熱器は、前記冷媒配管を前記貯湯タンクの外周に巻き付けて構成されており、かつ、前記貯湯タンク内の湯水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数は低いことを特徴とするヒートポンプ給湯機である。
【００１４】
これにより、貯湯タンク内の水温が高く、冷媒回路の高圧側圧力が上昇しやすい条件でファンの回転数を低下させるので、蒸発能力が低下し、その結果、冷媒回路の高圧側圧力が過大となることを防止できる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明において、外気温度を検出する外気温度センサを備え、前記外気温度が低いときよりも高いときの方が、前記ファンの回転数を低下させるときの低下量は大きいことを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、蒸発器での吸熱量は、外気温度が高いほど多くなるから、外気温度が相対的に高いときに、ファンの回転数の低下量を大きくすることで、蒸発器での吸熱量を低下させ、蒸発能力を減ずることで、冷媒回路の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記圧縮機からの冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、を備え、前記減圧装置は電子膨張弁であり、前記圧縮機からの冷媒の吐出温度が、前記貯湯タンク内の湯水の温度と前記外気温度とから決定される目標吐出温度となるように、前記電子膨張弁の開度を制御することを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、圧縮機に蒸発器から吸入される冷媒状態を、最適（乾き度１）とすることができ、冷媒回路の高効率化することができるとともに、圧縮機からの吐出温度、ひいて
は、冷媒回路の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の概略構成を示すものである。図１に示すように、このヒートポンプ給湯機１００は、圧縮機１、放熱器４、減圧装置３、蒸発器２が冷媒配管８１で順に環状に接続された冷媒回路８０と、湯水を貯留する貯湯タンク６とを備えている。冷媒回路８０を循環する冷媒としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２等のフロン系冷媒や、二酸化炭素等の自然冷媒を用いることができる。なお、本実施の形態では、フロン系冷媒を用い、冷媒回路８０の高圧側圧力が亜臨界状態で運転する仕様としている。
【００２１】
減圧装置３としては、開度調整が自在な電子膨張弁や、キャピラリーチューブを用いることができる。本実施の形態では、電子膨張弁を用いている。
【００２２】
放熱器４は、冷媒配管８１が貯湯タンク６の外周に螺旋状に巻き付け固定されている。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒が、放熱器４を構成する冷媒配管を流れ、貯湯タンク６内の湯水に放熱することで、貯湯タンク６の内部の湯水が加熱される。
【００２３】
蒸発器２の近傍には、蒸発器２に空気を送風するためのファン７が設けられている。ファン７の回転数は自在に調整することができる。また、蒸発器２の近傍には外気温度を検出する外気温度センサ１１が設けられている。また、圧縮機１からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ１２が設けられている。
【００２４】
貯湯タンク６には、貯湯タンク６に水を供給する給水管８と、貯湯タンク６内部の湯水を出湯させる出湯管９とが接続されている。給水管８は貯湯タンク６の下部に接続され、出湯管９は貯湯タンク６の上部に接続されている。
【００２５】
また、貯湯タンク６の高さ方向略中央部に、貯湯タンク６内の湯水の温度（貯湯タンク６の外表面の温度でも良い）を検出するタンク温度センサ１０が配置されている。なお、タンク温度センサ１０は、貯湯タンク６の高さ方向に所定の間隔をおいて複数設けられていてもよい。
【００２６】
制御装置１３は、貯湯タンク６内の湯水を加熱する加熱運転を行う。制御装置１３は、タンク温度センサ１０、外気温度センサ１１の検出温度に基づいて、圧縮機１の回転数、減圧装置３である電子膨張弁の開度、ファン７の回転数の少なくともいずれかを制御する。なお、ヒートポンプ給湯機１００には、その他のセンサが設けられていてもよい。
【００２７】
加熱運転において、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器４に流入し、貯湯タンク６内の湯水に放熱して、全部または一部が凝縮する。放熱器４から流出した冷媒は、減圧装置３である電子膨張弁によって減圧され、蒸発器２に流入する。
【００２８】
蒸発器２において、冷媒は、ファン７によって送風された空気と熱交換を行い、蒸発する。その後、圧縮機１に再度吸入される。この動作が繰り返されることにより、貯湯タンク６内の湯水が加熱される
ここで、放熱器４を構成する冷媒配管は、冷媒が、貯湯タンク６の外表面の上部から下部に向けて流れるように構成されていることが好ましい。すなわち、放熱器４において、相対的に高温な冷媒が、貯湯タンク６の外表面の上部に存在していることが好ましい。貯
湯タンク６の内部には、給水管８を介して下部から低温の水が流入し、貯湯タンク６内の湯は、出湯管９から流出する。
【００２９】
したがって、貯湯タンク６の下部の温度は相対的に低温となる。冷媒が貯湯タンク６の外表面の上部から下部に向けて流れるように構成されていると、冷媒が、放熱器４のうち貯湯タンク６の下方の部分で貯湯タンク６内の低温の水に放熱するので、放熱器４におけるエンタルピー差が増大する。その結果、蒸発器２での冷媒の吸熱量を増大させることができるので、ヒートポンプ装置としての加熱効率を向上させることができる。
【００３０】
貯湯タンク６内の湯水の温度（タンク温度）は、加熱運転の開始とともに、図２に示すように、次第に上昇する。また、タンク温度の上昇に伴って、冷媒回路８０内の高圧側圧力も次第に上昇する。
【００３１】
タンク温度が上昇すると、放熱器４における冷媒と被加熱体（貯湯タンク６内の湯水）との温度差が減少して熱交換量が低下する。これにより、冷媒が十分に放熱することなく放熱器４から流出し、蒸発圧力が増大するとともに凝縮圧力（高圧側圧力）が増大して、高圧側圧力が、冷媒回路８０の運転範囲として定められる上限圧力を超えてしまう場合がある。
【００３２】
特に、冷媒配管８１を貯湯タンク６の外周に巻き回して放熱器４を構成する場合には、放熱器４における被加熱体（貯湯タンク６内の湯水）を流動させることができないため、タンク温度の上昇が、高圧側圧力の上昇に直接的に影響し、高圧側圧力の上昇が著しい。したがって、タンク温度の上昇に起因した高圧側圧力の過度な上昇を防止することが必要となる。
【００３３】
本発明では、図２に示すように、制御装置１３が、加熱運転において、貯湯タンク６内の湯水の温度に応じて、ファン７の回転数を低下させる。すなわち、制御装置が、タンク温度センサ１０の検出温度が低いときよりも高いときに、ファンの回転数を低下させる。これにより、蒸発器２での冷媒の吸熱量が低減し、それに伴って冷媒回路８０の高圧側圧力を低下させることができる。
【００３４】
制御装置１３は、タンク温度センサ１０の検出温度が所定温度（例えば、５０度）となったときにファンの回転数を低下させ、その後、タンク温度センサ１０の検出温度が所定温度上昇する毎に、ファン７の回転数を段階的に低下させる。これにより、図４（ａ）（ｂ）に示すように、冷媒回路８０の高圧側圧力を上限圧力未満に保ちつつ、加熱運転を実行して、湯水を設定温度まで加熱することができる。
【００３５】
なお、タンク温度センサ１０を複数設けた場合には、下方に設けられたタンク温度センサ１０の検出温度に応じて、ファン７の回転数を低下させることが好ましい。
【００３６】
また、制御装置１３は、タンク温度センサ１０の検出温度が所定温度となったときにファン７の回転数を低下させるが、そのときの低下量を、外気温度センサ１１で検出された外気温度によって変更する。
【００３７】
すなわち、図３（ａ）（ｂ）に示すように、外気温度が低いときよりも高いときのほうが、ファン７の回転数の低下量を大きくする。蒸発器２での吸熱量は、外気温度が高いほど多くなるから、外気温度が相対的に高いときに、ファン７の回転数の低下量を大きくすることで、蒸発器２での吸熱量を低下させ、蒸発能力を減ずることで、冷媒回路８０の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。
【００３８】
次に、圧縮機１からの冷媒の吐出温度の目標吐出温度の決定方法について説明する。タンク温度センサ１０で検出された貯湯タンク６内の湯水の温度と、外気温度センサ１１で検出された外気温度から、制御装置１３に予め設定してある目標吐出温度を決定し、吐出温度センサ１２で検出される温度が、目標吐出温度となるように、制御装置１３は、減圧装置３である電子膨張弁の開度を制御する。
【００３９】
なお、制御装置１３に予め設定してある目標吐出温度は、貯湯タンク６内の湯水の温度と外気温度とが高いほど、目標吐出温度も高くなり、かつ、圧縮機１に蒸発器２から吸入される冷媒の状態が最適（乾き度１）となるように設定してある。
【００４０】
これは、高圧側圧力が亜臨界状態で運転する仕様の冷媒回路８０においては、高圧側圧力と貯湯タンク６内の湯水の温度とは相関関係にあるため、貯湯タンク６内の湯水の温度タンクから、冷媒回路８０の高圧側圧力を推定し、圧縮機１に蒸発器２から吸入される冷媒の最適状態（乾き度１）から最適目標吐出温度を算出し、予め設定しているのである。
【００４１】
これにより、圧縮機１に蒸発器２から吸入される冷媒状態を最適（乾き度１）とすることができ、冷媒回路８０の高効率化することができるとともに、圧縮機１からの冷媒の吐出温度、ひいては、冷媒回路８０の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制することができる。
【００４２】
また、過大圧力抑制のため開度調整可能な電子式の減圧装置３を搭載した冷媒回路においては、電子膨張弁の開度を大きくするのみでも、冷媒回路８０の高圧側圧力の抑制は可能であるが、ファン７の回転数低減による冷媒回路８０の高圧側圧力の調整と比較すると、冷媒回路８０の高圧側圧力の調整範囲が狭いため、高圧抑制効果は少ない。また、キャピラリーチューブや感温式、感圧式膨張弁などの減圧装置３を搭載した場合には、高圧抑制効果を実現することは不可能である。
【００４３】
したがって、本実施の形態においては、制御装置１３が、圧縮機１、減圧装置３である電子膨張弁、ファン７の動作を制御することで、圧縮機１からの冷媒の吐出温度が目標吐出温度となるようにし、かつ、冷媒回路８０の高圧側圧力の調整を行うことで、冷媒回路８０の高効率化を行っているとともに、圧縮機１からの冷媒の吐出温度、ひいては、冷媒回路８０の高圧側圧力の過度な上昇をより確実に抑制しているのである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、加熱運転時の冷媒回路の高圧側圧力の増大を防止することができるので、家庭用、業務用のヒートポンプ給湯機として適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  圧縮機
２  蒸発器
３  減圧装置
４  放熱器
６  貯湯タンク
７  ファン
８  給水管
９  出湯管
１０  タンク温度センサ
１１  外気温度センサ
１２  吐出温度センサ
１３  制御装置
８０  冷媒回路
８１  冷媒配管
１００  ヒートポンプ給湯機
【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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