(57)【要約】【課題】冷媒がバランスする時の蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しないヒートポンプ給湯装置を提供する。【解決手段】圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、膨張弁２３、及び蒸発器２４を配管２０ａで接続して形成されたヒートポンプサイクル２０と、前記ヒートポンプサイクル２０を用いて加熱された液体を蓄える貯湯タンク３１とを備え、前記圧縮機２１の運転停止時に前記膨張弁２３の開度を所定開度に制御するもので、発生する冷媒音も小さくかつ、冷媒が膨張弁２３を通過する際に異音を発生しない所定開度に膨張弁２３の開度を制御するようにすれば、ヒートポンプサイクル２０内の冷媒がバランスする時に、蒸発器２４内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁２３を通過する際に異音を発生しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続して形成されたヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄える貯湯タンクとを備え、前記圧縮機の運転停止時に前記膨張弁の開度を所定開度に制御することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
外気温度を検出する外気温検出手段を設け、前記外気温検出手段で検出した外気温度に応じて、圧縮機の運転停止時の膨張弁の開度を変え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装置。
【請求項３】
給湯用熱交換器の水側の出口側に設けられ出湯温度を検出する出湯温度検出手段を設け、前記出湯温度検出手段で検出した出湯温度に応じて、圧縮機の運転停止時の膨張弁の開度を変えることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
ヒートポンプサイクルを複数備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
ヒートポンプサイクルに用いる冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するもので、特に、ヒートポンプ給湯装置の膨張弁制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々のヒートポンプサイクルを利用した給湯装置、いわゆるヒートポンプ給湯装置が提案されている。この装置において、沸き上げ完了に近づくと膨張弁の開度を開け、高温の給水温度まで運転を継続させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、上記特許文献１には、沸き上げが完了し圧縮機が停止した後の膨張弁の動作や制御について明記されていない。
【０００３】
図３は、上記特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯機の構成図で、図４は、同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する圧縮機の運転状態と膨張弁の弁開度と吐出圧力と給水温度とを示す説明図である。
【０００４】
図３において、従来のヒートポンプ給湯機は、圧縮機１と、冷媒対水熱交換器２と、冷媒の流量を制御する膨張弁３と、蒸発器４を順次接続して形成された冷媒循環回路と、貯湯槽５と、循環ポンプ６と、前記冷媒対水熱交換器２を順次接続して形成された給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器２の水側出口水温である沸き上げ温度を一定にするために前記循環ポンプ６の流量を制御する流量制御手段１０と、前記貯湯槽５全体が沸き上がる直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段１２と、前記沸き上げ完了直前検出手段１２からの信号が所定の信号になった時に前記膨張弁３の弁開度を開くように制御する制御手段１１とを備えている。
【０００５】
上記のように構成された従来のヒートポンプ給湯機の動作、作用は以下の通りである。
【０００６】
冷媒対水熱交換器２の水側出口に設けた沸き上げ温度検出手段９からの信号で流量制御手段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、沸き上げ完了の直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段１２からの信号で、膨張弁３の弁開度を制御するものである。ここでは、沸き上げ完了直前検出手段１２として、冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度を検出する給水温度検出手段８を用いている。
【０００７】
図４において、貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、冷媒対水熱交換器２に流入する給水温度は高くなる。そして、沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８が（沸き上げ温度Ｔ１（図示せず）よりも低い温度である）沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると、この検出信号により制御手段１１は、膨張弁３の弁開度を大きくする（開く）。
【０００８】
この時、圧縮機１の吐出圧力は、Ｐ１からＰ２に減少する。その後、運転時間の経過とともに給水温度が更に上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。そして、給水温度検出手段８が、常用上限圧力Ｐになる給水温度Ｔ３ａを検出すると、圧縮機１を停止し加熱運転を終了する。なお、同図中の太い点線は、膨張弁３の弁開度の制御を行わない場合である。運転限界の給水温度がＴ３からＴ３ａへと高くなり、運転範囲が大きくなる。
【特許文献１】特開２００２−２８６２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来のヒートポンプ給湯機の構成では、運転範囲を大きくするために、沸き上げ完了直前になると、膨張弁３を開くという記載のみで、沸き上げ完了後の膨張弁３の制御についての記載はない。沸き上げが完了し、圧縮機１の運転が停止すると、ヒートポンプサイクル内の冷媒がバランスする。すなわち、冷媒対水熱交換器２内などの高圧液冷媒が、低圧である蒸発器４に流れ込み、この時に、冷媒音が発生する。圧縮機１の運転停止後の膨張弁３の制御については、記載されていないためわからないが、膨張弁３の開度が所定開度より大きいと、蒸発器４に流れ込む冷媒量が多く、発生する冷媒音も大きくなり、また、膨張弁３の開度が所定開度より小さいと、冷媒が膨張弁３を通過する際に異音を発生するという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しないヒートポンプ給湯装置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】
【００１１】
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装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続して形成されたヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄える貯湯タンクとを備え、前記圧縮機の運転停止時に前記膨張弁の開度を所定開度に制御するもので、発生する冷媒音も小さくかつ、冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない所定開度に膨張弁の開度を制御するようにすれば、ヒートポンプサイクル内の冷媒がバランスする時に、蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のヒートポンプ給湯装置は、蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続して形成されたヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄える貯湯タンクとを備え、前記圧縮機の運転停止時に前記膨張弁の開度を所定開度に制御するもので、発生する冷媒音も小さくかつ、冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない所定開度に膨張弁の開度を制御するようにすれば、ヒートポンプサイクル内の冷媒がバランスする時に、蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の外気温度を検出する外気温検出手段を設け、前記外気温検出手段で検出した外気温度に応じて、圧縮機の運転停止時の膨張弁の開度を変えるもので、発生する冷媒音も小さくかつ、冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない所定開度に膨張弁の開度を制御するようにすれば、ヒートポンプサイクル内の冷媒がバランスする時に、蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない。また、外気温が高いほど冷媒密度が大きいことに着目し、外気温に応じて圧縮機の運転停止時の膨張弁の開度を細かく決定するようにすれば、運転状態によっては、さらに発生する冷媒音が低減できる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の給湯用熱交換器の水側の出口側に設けられ出湯温度を検出する出湯温度検出手段を設け、前記出湯温度検出手段で検出した出湯温度に応じて、圧縮機の運転停止時の膨張弁の開度を変えるもので、発生する冷媒音も小さくかつ、冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない所定開度に膨張弁の開度を制御す
るようにすれば、ヒートポンプサイクル内の冷媒がバランスする時に、蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない。また、出湯温度が高いほど冷媒密度が大きいことに着目し、出湯温度に応じて圧縮機の運転停止時の膨張弁の開度を細かく決定するようにすれば、運転状態によっては、さらに発生する冷媒音が低減できる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明のヒートポンプサイクルを複数備えたもので、沸き上げ能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において効率の良い運転が可能となる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか一つの発明のヒートポンプサイクルに用いる冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するようにしたもので、高温の湯を生成することができ、また貯湯タンクを併用する場合には高温の湯を貯湯できるので貯湯タンクを小型化できる。
【００１８】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（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装置の回路構成図である。
【００２０】
図１において、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１と、給湯用熱交換器２２と、膨張弁２３、及び蒸発器２４を順に配管で接続して構成されている。また、ヒートポンプサイクル２０に対応する蒸発器２４に送風するためのファン２５を設けている。また、蒸発器２４の空気の吸い込み温度、すなわち外気温度を検出する外気温検出手段２６を設けている。
【００２１】
なお、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置では、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
【００２２】
次に、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の給湯回路について説明する。
【００２３】
貯湯タンク３１の第一底部配管３２は、減圧弁３３を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。また、貯湯タンク３１の第二底部配管３５は、循環ポンプ３６を介して給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの流入側と接続されている。また、給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの出口側には、出湯温度を検出する出湯温度検出手段２２Ｂを設置している。また、貯湯タンク３１の上部に設けた第一上部配管３７は、三方弁３８を介して給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの流出側と接続されている。また、貯湯タンク３１の第三底部配管３９は、三方弁３８に接続されている。また、貯湯タンク３１の第二上部配管４０は、キッチン、又は洗面所等の蛇口や風呂端末（図示せず）に接続されている。
【００２４】
次に、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の膨張弁制御について説明する。
【００２５】
コントローラ２７には、出湯温度検出手段２２Ｂで検出した出湯温度と、外気温検出手段２６で検出した外気温が入力され、膨張弁開度設定手段２８により出力され、膨張弁２３の開度が制御される。
【００２６】
次に、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の貯湯運転動作について説明する。
【００２７】
使用者が蛇口（図示せず）を開くと、第二上部配管４０から出湯され、貯湯タンク３１の残湯量が少なくなると、ヒートポンプサイクル２０の運転が開始する。
【００２８】
圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器２２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。ファン２５は、圧縮機２１の運転状態に応じた回転数で回転するようになっている。
【００２９】
循環ポンプ３６により貯湯タンク３１からの水は、貯湯タンク３１の第二底部配管３５を通り、給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａに導かれ、高温の湯に加熱され、三方弁３８を介し、貯湯タンク３１に流入する。三方弁３８において、貯湯タンク３１の第一上部配管３７に接続するか、貯湯タンク３１の第三底部配管３９に接続するかの判断は、給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの出口側に設置している出湯温度検出手段２２Ｂの温度によって行う。
【００３０】
貯湯タンク３１の湯量が一杯になると圧縮機２１と循環ポンプ３６の運転を停止し、貯湯運転を終了する。
【００３１】
次に、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の膨張弁制御に関して図２のフローチャートで説明する。
【００３２】
まず、使用者が湯を使用し、貯湯タンク３１の残湯量が少なくなると、圧縮機２１が起動し、ヒートポンプサイクル２０の運転が開始する（ステップ１）。次に、外気温検出手段２６で外気温度を、出湯温度検出手段２２Ｂで出湯温度をそれぞれ検出する（ステップ２）。次に、貯湯タンク３１の湯量が一杯になっているか、すなわち圧縮機２１を停止させるか判断される（ステップ３）。圧縮機２１を停止させる場合、ステップ２で検出した外気温度と、停止前の出湯温度と、停止前の膨張弁開度によって決定した停止後の膨張弁２３の開度に膨張弁開度設定手段２８で設定するとともに、圧縮機２１を停止する（ステップ４）。この停止後の膨張弁２３の開度は、予め実験等により決定しておく必要がある。本実施の形態では、（表１）に示す様に、外気温が高くなるほど、出湯温度が高くなるほど、停止後の膨張弁２３の開度は小さく設定されている。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
以上のように本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置は、圧縮機２１の運転停止時に、膨張弁２３の開度を所定開度に制御しているので、発生する冷媒音も小さくかつ、冷媒が膨張弁２３を通過する際に異音を発生しない所定開度に膨張弁２３の開度を制御している。このため、ヒートポンプサイクル内の冷媒がバランスする時に、蒸発器２４内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁２３を通過する際に異音を発生しない。また、本実施の形態では、外気温、出湯温度により、停止後の膨張弁２３の開度を変えるようにしたが、制御の簡素化を考え、一定開度、例えば、３００パルスとしてもよい。
【００３５】
また、本実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒やＨＣ冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、一つのヒートポンプサイクル２０を備えたヒートポンプ給湯装置を例に説明したが、２つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。そうすれば、沸き上げ能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において効率の良い運転が可能となる。
【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装置は、圧縮機の運転停止時に、発生する冷媒音が小さくかつ、冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しない所定開度に膨張弁の開度を制御するので、ヒートポンプサイクル内の冷媒がバランスする時に、蒸発器内で発生する冷媒音が小さく、さらに冷媒が膨張弁を通過する際に異音を発生しないので、温水を貯湯し、その温水を利用した暖房等の性能向上の用途にも適用できる。
【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装置の回路構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯装置の膨張弁制御のフローチャート
【図３】従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【図４】同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する圧縮機の運転状態と膨張弁の弁開度と吐出圧力と給水温度とを示す説明図
【符号の説明】
【００３９】
２０  ヒートポンプサイクル
２０ａ  配管
２１  圧縮機
２２  給湯用熱交換器
２３  膨張弁
２４  蒸発器
３１  貯湯タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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