(57)【要約】【課題】転覆現象の発生を抑制するとともに、電装部品の温度上昇も防止することができるヒートポンプ式給湯機を提供すること。【解決手段】本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４を順次環状に接続したヒートポンプ回路と、蒸発器４に送風し上下に配設された送風ファンから構成される送風回路と、貯湯槽７、送水手段８、給湯用熱交換器２とを順次環状に接続した給湯循環回路とを備え、前記ヒートポンプ回路、前記送風回路、前記給湯循環回路の各回路を駆動する電装部品１６を前記送風回路の上部に配置し、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファン６ｂを停止することを特徴とする。【選択図】図２
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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、減圧装置、蒸発器を順次環状に接続したヒートポンプ回路と、前記蒸発器に送風し上下に配設された送風ファンから構成される送風回路と、貯湯槽、送水手段、前記給湯用熱交換器とを順次環状に接続した給湯循環回路とを備え、前記ヒートポンプ回路、前記送風回路、前記給湯循環回路の各回路を駆動する電装部品を前記送風回路の上部に配置し、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンを停止することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次環状に接続したヒートポンプ回路と、前記蒸発器に送風し上下に配設された送風ファンから構成される送風回路と、貯湯槽、送水手段、前記給湯用熱交換器とを順次環状に接続した給湯循環回路とを備え、前記ヒートポンプ回路、前記送風回路、前記給湯循環回路の各回路を駆動する電装部品を前記送風回路の上部に配置し、前記送風ファンのうち上方に位置する送風ファンの回転数を、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンの回転数よりも大きくしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記給湯用熱交換器に入水する湯水の温度を検出する入水温度検出手段を備え、前記入水温度検出手段で検出する入水温度に基づいて、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンの制御を行う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式給湯機。
【請求項４】
外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、前記外気温度検出手段で検出する外気温度に基づいて、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンの制御を行う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式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯機に係り、特に２つの送風ファンの制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ式給湯機におけるヒートポンプサイクルを構成する圧縮機に、スクロール圧縮機を用いるものがある。図４は、従来からヒートポンプ式給湯機等の圧縮機に用いられているスクロール圧縮機の構成断面図である。
【０００３】
図４において、固定スクロール１０１と旋回スクロール１０２とを噛み合わせて、その間に圧縮室１０３を形成し、自転拘束機構１０４による自転の拘束の元に円軌道に沿って旋回させた時に、圧縮室１０３の容積を変えながら移動し、冷媒の圧縮を行う。
【０００４】
旋回スクロール１０２と、旋回スクロール１０２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の背面部に潤滑オイルにより高圧を与える高圧部１０６を設け、高圧部１０６との間をシーリング１０７によって仕切られ背面の外周部に高圧部１０６より若干低い圧力（背圧）を印加するための背圧室１０８が設けられ、高圧と背圧によって旋回スクロール１０２を固定スクロール１０１に押し付けている。
【０００５】
しかしながら、高圧および背圧による押し付け力よりも、圧縮室１０３で圧縮された冷媒の圧力の方が大きくなると、旋回スクロール１０２が固定スクロール１０１から離れてしまい、高圧の圧縮室から低圧の圧縮室へと冷媒が漏洩し、十分な圧縮ができず、圧縮能力が低下してしまう、「転覆」という現象が発生する。
【０００６】
一般的に、ヒートポンプ式給湯機の沸き終い時には、給湯用熱交換器に入水する入水温度が上昇するため、給湯用熱交換器において熱交換量が少なくなり、高圧側の圧力が増加してしまう。それに対して、沸き終い時における制御として、入水温度の上昇に伴い、循環ポンプによって送水量を増加させたり、減圧装置の開度を開くことによって高圧側の圧力の上昇を抑制している。
【０００７】
しかしながら高外気温時においては、低圧側の圧力が、低外気温時に比べて上昇してしまい、結果として高圧側圧力／低圧側圧力で表される圧縮比が減少してしまう。そのため転覆現象が発生してしまうが、このような転覆現象を回避する方法として、高低圧差をとるため、送風ファンの回転数を止める方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１４７５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、送風ファンの回転を停止する方法では、特許文献１のように、起動時の転覆防止制御であれば有効であるが、沸き終い時にはヒートポンプ式給湯機の電装部品が比較的高温になっているため、送風ファンの回転数を止めることによって、電装部品の放熱がされず温度が上昇してしまう。そのため、沸き終い時の転覆防止制御において送風ファンを停止してしまうと、低圧側の圧力を下げることができるが、電装部品の放熱を阻害してしまう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、転覆現象の発生を抑制するとともに、電装部品の温度上昇も防止することができるヒートポンプ式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】
【００１０】
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式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次環状に接続したヒートポンプ回路と、前記蒸発器に送風し上下に配設された送風ファンから構成される送風回路と、貯湯槽、送水手段、前記給湯用熱交換器とを順次環状に接続した給湯循環回路とを備え、前記ヒートポンプ回路、前記送風回路、前記給湯循環回路の各回路を駆動する電装部品を前記送風回路の上部に配置し、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンを停止することを特徴とするものである。
【００１１】
これによって、送風ファンを停止することがないので、電装部品の放熱を促進することができ、さらに、上下両方の送風ファンを回転させていたときに比べて、風量を低下させることができるので、蒸発器における熱交換量を減少させることができ、低圧側の圧力の上昇も抑制することができるので、転覆も同時に防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、転覆現象の発生を抑制するとともに、電装部品の温度上昇も防止することができるヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次環状に接続したヒートポンプ回路と、前記蒸発器に送風し上下に配設された送風ファンから構成される送風回路と、貯湯槽、送水手段、前記給湯用熱交換器とを順次環状に接続した給湯循環回路とを備え、前記ヒートポンプ回路、前記送風回路、前記給湯循環回路の各回路を駆動する電装部品を前記送風回路の上部に配置し、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンを停止することにより、送風量を減少することで低圧側の圧力が上昇するのを抑制し、上方に位置する送風ファンは動作させているので、電装部品の放熱も促進することができる。
【００１４】
第２の発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次環状に接続したヒートポンプ回路と、前記蒸発器に送風し上下に配設された送風ファンから構成される送風回路と、貯湯槽、送水手段、前記給湯用熱交換器とを順次環状に接続した給湯循環回路とを備え、前記ヒートポンプ回路、前記送風回路、前記給湯循環回路の各回路を駆動する電装部品を前記送風回路の上部に配置し、前記送風ファンのうち上方に位置する送風ファンの回転数を、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンの回転数よりも大きくしたことにより、送風量を減少することで低圧側の圧力が上昇するのを抑制し、送風ファンは動作させているので、電装部品の放熱も促進することができる。
【００１５】
第３の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１または第２の発明において、前記給湯用熱交換器に入水する湯水の温度を検出する入水温度検出手段を備え、前記入水温度検出手段で検出する入水温度に基づいて、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンの制御を行うことにより、入水温度が上昇する沸き終いの段階で下方に位置する送風ファンを制御するので、転覆現象が発生しやすい沸き終い時に低圧側の圧力が上昇するのを防止することができる。
【００１６】
第４の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１〜第３の発明において、外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、前記外気温度検出手段で検出する外気温度に基づいて、前記送風ファンのうち下方に位置する送風ファンの制御を行うことにより、低圧側の圧力が上昇しやすい外気温度時に送風ファンを制御することになり、より確実に転覆現象が発
生しやすい沸き終い時に低圧側の圧力が上昇するのを防止することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
（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式給湯機の構成図である。図１において、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機は、冷媒を圧縮するインバータ式圧縮機１と、インバータ式圧縮機１で圧縮された冷媒と水との熱交換を行う給湯用熱交換器２と、給湯用熱交換器２で放熱した後の冷媒を減圧する減圧装置３と、減圧装置３で減圧された冷媒に熱を与える蒸発器４を備え、インバータ式圧縮機１、給湯用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４は冷媒配管５で環状に接続されヒートポンプ回路を形成している。
【００１９】
また、蒸発器４に外気を送るための送風手段として上下に２つの送風ファン（上送風ファン６ａ、下送風ファン６ｂ）から構成される送風回路を備え、さらに、インバータ式圧縮機１や減圧装置３、上下２つの送風ファン等を制御する制御手段であるマイクロコンピュータ１５を備えた構成となっている。そして、外気温度検出手段であるサーミスタ１４、および給湯用熱交換器２に入水する水の温度を検出する入水温度検出手段であるサーミスタ１３とを備える。
【００２０】
本実施の形態では、インバータ式圧縮機１はアキュームレータのない圧縮機構成としており、アキュームレータを有する圧縮機構成に比べて小型化・軽量化を実現している。また、本実施の形態で使用する冷媒には二酸化炭素を使用しており、比較的安価で、かつ、安定であるため、製品コストを抑えることができるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供することができる。また、ヒートポンプ回路に流通させる冷媒の高圧側の圧力が、臨界圧力を超える圧力となるために、給湯用熱交換器２で熱交換をして熱を奪われても、凝縮することがないため、給湯用熱交換器の全域に亘って、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することができる。なお、本実施の形態では二酸化炭素を使用しているが、これに限定されることはなく、高圧側が臨界圧力を超える冷媒であれば、二酸化炭素と同様に給湯用熱交換器２にて凝縮することがない。
【００２１】
また、湯水を貯える貯湯槽７と、貯湯槽７の下部から給湯用熱交換器２に湯水を送水する送水手段である水ポンプ８を備え、貯湯槽７、水ポンプ８、給湯用熱交換器２は給湯配管９で環状に接続され給湯回路を形成している。また、貯湯槽７の下部には、給水源から水を供給するための給水管１１が接続されており、常に水圧が加えられている状態となっている。
【００２２】
貯湯槽７内の湯水の沸き上げ時には、水ポンプ８を駆動することにより、給湯用熱交換器２に水を送水し、給湯用熱交換器２で高温高圧の二酸化炭素冷媒と熱交換して高温の湯を生成する。給湯用熱交換器２で生成した高温の湯は、貯湯槽７の上部に接続された給湯管より貯湯槽７の上部に貯えられ、貯湯槽７内には、上方が高温、下方が低温という積層状態を成して湯が貯えられる。
【００２３】
また、カラン等の給湯端末１０には、貯湯槽７の上方部に貯えられている高温水と、貯湯槽７に水を供給する給水管１１から分岐して供給される水とを混合手段である混合弁１２で混合し、所望の温度の湯を生成して給湯端末１０に供給される構成となっている。なお、図１中に示す矢印は、冷媒もしくは水の流通する方向を示している。
【００２４】
図２は、本実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の正面図である。図２に示すように、本実施の形態１においては、ヒートポンプ式給湯機の構成部品をすべて一つの筐体に収納しており、蒸発器４の前に上下に上送風ファン６ａ、下送風ファン６ｂとが配設されており、それぞれの送風ファンが回転することによって蒸発器４に外気を送る。ヒートポンプ回路と給湯回路とを別筐体に構成する分離型ヒートポンプ式給湯機に比べて、一つの筐体内にすべての構成部品を収納することで、筐体内部の空間を無駄なく使用することができ、ひいては設置の省スペース化を図ることができる。
【００２５】
また上送風ファン６ａの上方部には、電装部品１６を配設しており送風ファンの駆動により放熱が促進される構成となっている。
【００２６】
次に、本発明の上送風ファン６ａ、下送風ファン６ｂの制御について説明する。図３は、沸き終い時における入水温度、高低圧力を示した図である。図３において、時間経過に伴い入水温度が上昇する。そして入水温度が上昇するとともに、給湯用熱交換器２での冷媒の放熱量が増え、高圧側圧力および低圧側圧力が上昇する。しかしながら高圧側圧力がある程度上昇して設計圧力を超えてしまうと、圧縮機の吐出口に設けている圧力スイッチ（図示せず）が働いてしまい、ヒートポンプ回路の運転を停止してしまう。
【００２７】
そのため、高圧側圧力の上昇を防止しようと、減圧装置３の開度を開く方向に駆動する。その結果、高圧側の冷媒量が低圧側に移動するため、高圧側圧力の上昇を抑制する。しかしながら、減圧装置３の開度を開くと、低圧側圧力が上昇してしまい、結果として、高圧側圧力／低圧側圧力で表される圧縮比が小さくなってしまう。圧縮比が小さくなってしまい、圧縮機が保障する圧縮比よりも小さくなってしまうと、いわゆる転覆現象が生じてしまい、所望の圧縮性能を得ることができない。
【００２８】
また、外気温度検出手段であるサーミスタ１４で検出される温度がある程度高い過負荷条件の下であるならば、圧縮機１の運転周波数を比較的低い運転周波数に設定しているので、高圧側圧力の上昇を抑制するために、圧縮機１の運転周波数を大きく下げることができない。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、サーミスタ１４で検出される外気温度が比較的高い過負荷時において、沸き終い時における圧縮比を確保するために、低圧側の圧力上昇を抑制するために、下送風ファン６ｂの運転を停止もしくは回転数を低くする制御を行う。図３において、入水温度が徐々に高くなってきたＢ点より下送風ファン６ｂの運転の停止（または回転数の低下）を行う。Ｂ点は、入水温度検出手段であるサーミスタ１３で検出される入水温度がある所定の温度を検出する点とし、沸き上げ完了直前に近い入水温度を検出する点であるとする。
【００３０】
送風ファン停止がない場合は、図３に点線で示すように、高圧側圧力と低圧側圧力が上昇してしまい、その結果、圧縮比が転覆現象が発生してしまう圧縮比Ａよりも小さくなってしまい、圧縮してしまうが、下送風ファン６ｂの運転を停止することによって低圧側圧力の上昇を抑制し、その結果、圧縮比Ａ以上で圧縮比を確保することができ、その結果転覆現象の発生を防止するとともに、上送風ファン６ａの運転を継続するので、電装部品１６の放熱を促進することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では上送風ファン６ａの運転を連続運転としているが、上送風ファン６ａを断続運転することによって、電装部品１６の放熱を促進するとともに、最大限に送風ファンを停止することができるので、より低圧側圧力の上昇を防止することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、入水温度がある所定の温度を検出すると、下送風ファン６ｂの運転停止もしくは回転数を低下させたが、入水温度の他に、低圧側圧力の値を検出し、その低圧側圧力の値に基づいて送風ファンの制御を行ってもよい。
【００３３】
以上のように、外気温度が高い過負荷時において、複数の送風ファンを設け、一部の送風ファンの回転数を低下させることによって、蒸発器における熱交換量を低下させ、低圧側圧力を低下させるとともに、すべての送風ファンについて停止させることがないので、電装部品の放熱の促進を妨げることがない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかるヒートポンプ式給湯機は、複数の送風ファンを有するヒートポンプサイクルを有する給湯機において適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の構成図
【図２】実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の正面図
【図３】実施の形態１における圧力および入水温度の時間変化図
【図４】従来のヒートポンプ式給湯機の圧縮機の分解構成図
【符号の説明】
【００３６】
１  インバータ式圧縮機
２  給湯用熱交換器
３  減圧装置
４  蒸発器
５  冷媒配管
６  送風ファン
７  貯湯槽
８  水ポンプ
９  給湯配管
１０  給湯端末
１１  給水管
１２  混合弁
１３  サーミスタ
１４  サーミスタ
１５  マイクロコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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