(57)【要約】【課題】起動時に、圧縮機の転覆現象を回避できるヒートポンプ給湯機を提供する。【解決手段】圧縮機２０１、水冷媒熱交換器２０２、減圧装置２０３、蒸発器２０４を冷媒配管２０５で環状に接続して構成されたヒートポンプ回路と、圧縮機２０１の転覆状態を検知する転覆検知手段２１７と、転覆検知手段２１７で検知された転覆状態を記憶する転覆記憶手段２１８と、蒸発器２０４に空気を送る送風機２１５の回転数を変更する送風機回転数変更手段２１９とを備え、転覆記憶手段２１８に転覆が記憶され、かつ圧縮機２０１を停止してから所定時間経過後に再起動させる時に、送風機回転数変更手段２１９により、送風機２１５の回転数を所定値だけ減少させるもので、蒸発器２０４の圧力（低圧）の下がりが早く短時間で冷凍サイクルの高低圧差を確保でき、圧縮機２０１が再度転覆状態なるのを防ぎ、圧縮機２０１の信頼性を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されたヒートポンプ回路と、前記圧縮機の転覆状態を検知する転覆検知手段と、前記転覆検知手段で検知された転覆状態を記憶する転覆記憶手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の回転数を変更する送風機回転数変更手段とを備え、前記転覆記憶手段に転覆が記憶されている場合で、かつ前記圧縮機を停止してから所定時間経過後に再起動させる時に、前記送風機回転数変更手段により、前記送風機の回転数を所定値だけ減少させる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検出手段を有し、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に応じて、送風機の回転数の減少幅を変化させることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
水冷媒熱交換器に流入する水の入水温度を検出する入水温度検出手段を有し、前記入水温度検出手段により検出された入水温度に応じて、送風機の回転数の減少幅を変化させることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
冷媒として、二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項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、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプ回路で、貯湯槽内の水を加熱して温水を作るヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から能力可変の圧縮機を用いたヒートポンプサイクルを備えたヒートポンプ給湯機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来のヒートポンプ給湯機に用いられる能力可変の圧縮機としては、図３に示すようなスクロール圧縮機があった。
【０００４】
図３は、従来のスクロール圧縮機の断面図で、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール１０１および旋回スクロール１０２を噛み合わせて双方間に圧縮室１０３を形成し、旋回スクロール１０２を、自転拘束機構１０４による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室１０３が容積を変えながら移動することで冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う。
【０００５】
旋回スクロール１０２とこれの背面側をバックアップする固定部材１０５との間に、旋回スクロール１０２の背面の中央部に潤滑用のオイルにより高圧を与える高圧部１０６が設けられ、この高圧部１０６との間をシールリング１０７によって仕切られ、前記背面の外周部に前記高圧部１０６よりも低い所定の圧力（背圧）を印加する背圧室１０８を設け、これらの高圧と背圧により、旋回スクロール１０２を、固定スクロール部品１０１に押しつけることで、旋回スクロール１０２が、固定スクロール部品１０１から離れて転覆するようなことがないようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４７７５９号公報
【特許文献２】特開２００２−２６６７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のようなスクロール圧縮機を用いた場合において、高圧冷媒圧力が低く、低圧冷媒圧力が高い時、即ち圧縮比が低い運転状態の場合は、旋廻スクロール１０２を固定スクロース１０１に押し付ける力より、圧縮室１０３で圧縮された高圧冷媒圧力の力が大きくなると、旋廻スクロール１０２が固定スクロール１０１から離れてしまい、高圧の圧縮室１０３内の冷媒が、低圧の圧縮室１０３へ漏洩してしまう、いわゆる転覆が起こり、十分な圧縮ができず、冷凍サイクルに流れる冷媒循環量が低下し、その結果、冷凍能力も低下するという課題があった。
【０００７】
また、低圧縮比での転覆を抑えるために、旋回スクロール１０２の背面に働く押し付け力を大きくすると、高圧縮比の運転条件において、旋回スクロール１０２に過大な押し付け力が発生し、異常磨耗を引き起こすことがあるため、旋回スクロール１０２の背面に働く押し付け力をあまり大きくできないという課題があった。
【０００８】
特に圧縮機の起動時は、蒸発器用の送風機も同時に運転されるため、蒸発器能力が大きくなるため、ヒ−トポンプサイクルにおける蒸発器の圧力が高くなり、圧力差（圧縮比）も小さくなるため、圧縮機の運転が不安定になり、転覆状態になるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ヒ−トポンプ給湯器の冷凍サイクルにおいて圧力差を確保し、圧縮機の運転が不安定とならず、圧縮機の信頼性を確保し、また冷媒配管の騒音、振動を防止することができるヒートポンプ給湯器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】
【００１０】
上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器は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されたヒートポンプ回路と、前記圧縮機の転覆状態を検知する転覆検知手段と、前記転覆検知手段で検知された転覆状態を記憶する転覆記憶手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の回転数を変更する送風機回転数変更手段とを備え、前記転覆記憶手段に転覆が記憶されている場合で、かつ前記圧縮機を停止してから所定時間経過後に再起動させる時に、前記送風機回転数変更手段により、前記送風機の回転数を所定値だけ減少させるもので、蒸発器の圧力（低圧）の下がりが早く短時間で冷凍サイクルの高低圧差を確保でき圧縮機が再度転覆状態なるのを防ぐことができ圧縮機の信頼性を確保したり、冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のヒートポンプ給湯機は、送風機起動時などに対して安定した冷凍サイクル運転を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されたヒートポンプ回路と、前記圧縮機の転覆状態を検知する転覆検知手段と、前記転覆検知手段で検知された転覆状態を記憶する転覆記憶手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の回転数を変更する送風機回転数変更手段とを備え、前記転覆記憶手段に転覆が記憶されている場合で、かつ前記圧縮機を停止してから所定時間経過後に再起動させる時に、前記送風機回転数変更手段により、前記送風機の回転数を所定値だけ減少させるもので、蒸発器の圧力（低圧）の下がりが早く短時間で冷凍サイクルの高低圧差を確保でき圧縮機が再度転覆状態なるのを防ぐことができ圧縮機の信頼性を確保したり、冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明のヒートポンプ給湯機は、外気温度を検出する外気温度検出手段を有し、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に応じて、送風機の回転数の減少幅を変化させるもので、外気温負荷に応じて最適な送風機の回転数に設定し、蒸発器の圧力（低圧）の下がりが早く短時間で冷凍サイクルの高低圧差を確保でき圧縮機が再度転覆状態なるのを防ぐことができ圧縮機の信頼性を確保したり、冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第１の発明のヒートポンプ給湯機は、水冷媒熱交換器に流入する水の入水温度を検出する入水温度検出手段を有し、前記入水温度検出手段により検出された入水温度に応じて、送風機の回転数の減少幅を変化させるもので、入水温負荷に応じて最適な送風機の回転数に設定し、蒸発器の圧力（低圧）の下がりが早く短時間で冷凍サイクルの高低圧差を確保でき圧縮機が再度転覆状態なるのを防ぐことができ圧縮機の信頼性を確保したり、冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明の冷媒として、二酸化炭素を用いるもので、ヒートポンプ回路を冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとすることが出来、給湯の水または空気を加熱することにより、水冷媒熱交換器内の
冷媒は臨界圧力以上に加圧されるので、水冷媒熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、水冷媒熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１６】
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。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成を示す図、図２は、同ヒートポンプ給湯機の冷凍サイクルのモリエル線図、図３は、同ヒートポンプ給湯機の制御方法を示すタイムチャート、図４は、同ヒートポンプ給湯機の制御方法を示すフローチャートである。
【００１８】
本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ回路と貯湯回路から構成され、ヒートポンプ回路は、圧縮機２０１、水冷媒熱交換器２０２の冷媒側、減圧装置２０３、蒸発器２０４を冷媒配管２０５で接続して構成され、冷媒を循環させるようになっている。
【００１９】
蒸発器２０４には、蒸発器能力を変化させる送風機２１５が取り付けられている。
【００２０】
また貯湯回路は、貯湯槽２０６と、水冷媒熱交換器２０２の水側を水配管２０８で接続して構成され、ポンプ２０７で、水を循環させている。水冷媒熱交換器２０２は、ヒートポンプ回路では、放熱器として、また貯湯回路では吸熱器として利用している。
【００２１】
すなわち、水冷媒熱交換器２０２は、ヒートポンプ回路を流れる冷媒と、貯湯回路を流れる水とで熱交換するものである。この吸熱した水は温水になり、貯湯槽２０６に貯めて利用している。
【００２２】
そして、ヒートポンプ回路には、蒸発器２０４の出口側に冷凍サイクル内の圧力を検知する圧力センサー２１１と、蒸発器２０４の温度を検知する温度センサー２１２と、外気温度を検知する外気温度センサー２１３と、熱交換器２０２に流入する水の入水温度を検知する入水温度センサー２１６がそれぞれ取り付けられている。
【００２３】
２１４は、圧縮機２０１や送風機２１５の運転を制御する制御部で、圧縮機２０１の転覆状態を検知する転覆検知手段２１７と、検知された転覆状態を記憶する転覆記憶手段２１８と、送風機２１５の回転数を変更する送風機回転数変更手段２１９と、外気温度センサー２１３からの信号に基づき外気温度を検出する外気温度検出手段２２０と、入水温度センサー２１６からの信号に基づき、水冷媒熱交換器２０２に流入する水の温度を検知する入水温度検知手段２２１を備えている。
【００２４】
このヒートポンプ回路においては、臨界圧力以上まで加圧される冷媒として、二酸化炭素を使用し、このヒートポンプ給湯機のモリエル線図は、図２となる。圧縮機２０１は、吸引した冷媒を圧縮して吐出し、吐出された高温高圧の冷媒は、貯湯槽２０６内から供給された液体（水）と、水冷媒熱交換器２０２を介して熱交換される。
【００２５】
水冷媒熱交換器２０２を流れる冷媒（二酸化炭素）は、圧縮機２０１によって加圧されている為、水冷媒熱交換器２０２を通過する液体に放熱して温度低下しても凝縮（冷媒２相域）することはない。減圧装置２０３は、水冷媒熱交換器２０２から流出する冷媒（二酸化炭素）を減圧する装置のことで、弁開度を電気的に制御する電磁式膨張弁である。
【００２６】
冷媒（二酸化炭素）は、この減圧装置２０３によって冷媒２相域となるまで減圧されたのち、蒸発器２０４によって吸熱冷媒が蒸発気化した後、再び圧縮機２０１に吸引される。しかし、蒸発器２０４側の負荷がおおきい、つまり圧縮機２０１の起動時や外気温が高い時などは、蒸発器２０４の温度が大きくなり、冷凍サイクルの圧力差が小さくなるため、圧力差が確保できるまで圧縮機２０１の運転が不安定になり、転覆状態になる。そのため、圧縮機２０１の起動を繰り返すたびに転覆状態になるため、圧縮機２０１の信頼性を低下させたり冷媒配管が大きく振動して、異常な騒音を発生するという課題を有していた。
【００２７】
このような課題を解決する為に、本実施の形態では、図４に示すような制御を行なっている。図４は、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の制御方法を示すフローチャートである。  
【００２８】
図４において、圧縮機２０１の運転中（ステップ  Ｓ０、以下同じ）に、転覆検知手段２１７により転覆の有無を判断し（Ｓ１）、転覆状態と検知したら、転覆記憶手段２１８により、「転覆検知有」と記憶する（Ｓ２）。Ｓ３、Ｓ４で、圧縮機２０１が所定時間Ｔ分（たとえば５分）停止状態であれば、Ｓ５に移行し、転覆検知の有無により送風機２１５の指示回転数を決定する。転覆検知の記憶有と判断したら、Ｓ６で送風機回転数変更手段２１９により、送風機２１５の指示回転数を所定値（たとえば指示回転数−１００ｒｐｍ）だけ減少することで、蒸発器２０４の圧力（低圧）が下がり、早く短時間で、冷凍サイクルの高低圧差を確保でき圧縮機２０１が再度転覆状態なるのを防ぐことができ、圧縮機２０１の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００２９】
Ｓ５で、転覆検知の記憶無と判断したら、通常の指示回転数で制御され圧縮機２０１が運転される。
【００３０】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の制御方法を示すフローチャートである。尚、上記第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
図５において、ステップＳ０からＳ５までは、上記実施の形態１と同様の動作をするため説明を省略する。
【００３２】
Ｓ６で、外気温度検出手段２２０により、検出された外気温度がＴ１以上（例えば、４０℃以上）の時は、指示回転数−２００ｒｐｍ、また、Ｔ２以上（例えば、３０℃以上）の時は、指示回転数−１００ｒｐｍ、Ｔ２以下（例えば、３０℃以下）の時は、指示回転数−５０ｒｐｍとし、送風機回転数変更手段２１９により、指示回転数の減少幅を変化させることで、送風機２１５の起動により、蒸発器２０４の圧力が急上昇しやすい外気温度が高い場合にも、圧縮機２０１が再度転覆状態ならないように十分に低圧を下げて起動するため、圧縮機２０１が再度転覆状態なるのを確実に防ぐことができる。
【００３３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の制御方法を示すフローチャートである。尚、上記第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図６において、ステップＳ０からＳ５までは、上記実施の形態１と同様の動作をするため説明を省略する。
【００３５】
Ｓ６で、入水温度検知手段２２１により検出された入水温度がＴ１以上（例えば、５０℃以上）の時は、指示回転数−２００ｒｐｍ、Ｔ２以上（例えば、４０℃以上）の時は、指示回転数−１００ｒｐｍ、Ｔ２以下（例えば、３０℃以上）の時は、指示回転数−５０ｒｐｍとし、送風機回転数変更手段２１９により、指示回転数の減少幅を変化させることで、送風機２１５の起動により、蒸発器２０４の圧力が急上昇しやすい入水温度が高い場合にも、圧縮機１が再度転覆状態ならないように十分に低圧を下げて起動するため、圧縮機１が再度転覆状態なるのを確実に防ぐことができる。
【００３６】
なお、上記各実施の形態では、貯湯槽２０６を有するヒートポンプ給湯機を例に説明したが、水冷媒熱交換器２０２で加熱したお湯をそのまま出湯する、いわゆる瞬間湯沸かし式のヒートポンプ給湯機であってもよい。なお、貯湯槽２０６内の液体は、給湯用に用いるだけではなく、床暖房用、室内空調用としても使用して良い。更に、圧縮機２０１の冷媒吸込側に冷媒を貯留するアキュムレータが設置されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、圧縮機の運転が安定すると共に、圧縮機の信頼性が向上し、さらに冷媒配管の騒音、振動を防止することができるもので、冷媒として高圧側で凝縮する冷媒だけでなく、超臨界状態となりうる冷媒（例えば、Ｒ３２、二酸化炭素、エタン、エチレン、酸化窒素およびそれらを含む混合冷媒など）を用いた給湯装置（給湯器）、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する瞬間湯沸かしを行う給湯装置（給湯器）、空調機、車両用空調機（カーエアコン）等の用途にも適用できる。なお、貯湯槽２０６内の温水は、給湯用に用いるだけではなく、床暖房用、室内空調用としても使用して良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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構成を示す図
【図２】同ヒートポンプ給湯機の冷凍サイクルのモリエル線図
【図３】同ヒートポンプ給湯機の制御方法を示すタイムチャート
【図４】同ヒートポンプ給湯機の制御方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の制御方法を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ給湯機の制御方法を示すフローチャート
【図７】ヒートポンプ給湯機に用いられる一般的な圧縮機の断面図
【符号の説明】
【００３９】
２０１  圧縮機
２０２  水冷媒熱交換器
２０３  減圧装置
２０４  蒸発器
２０５  冷媒配管
２０６  貯湯槽
２０７  ポンプ
２０８  水配管
２１１  圧力センサー
２１２  温度センサー
２１３  外気温度センサー
２１４  制御部
２１５  送風機
２１６  入水温度センサー
２１７  転覆検知手段
２１８  転覆記憶手段
２１９  送風機回転数変更手段
２２０  外気温度検出手段
２２１  入水温度検知手段
【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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【図６】
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【図７】
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