(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を順次接続し、前記圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する圧力検出手段を有するヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器、湯水を搬送する搬送手段を有する給湯回路と、前記搬送手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記蒸発器を除霜する除霜運転後、前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで前記圧縮機の運転を停止させた場合には、前記搬送手段の搬送量を増加させ、ヒートポンプサイクルを再運転させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで、前記圧縮機の運転を停止させるごとに、湯水を搬送する搬送量を増加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式給湯機。
【請求項３】
除霜運転後の所定時間だけ、前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで、前記圧縮機の運転を停止させた回数を、カウントすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで前記圧縮機の運転を停止させた回数を、機器に供給させる電源がリセットするまでクリアしないことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
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の検出値に基づいて、湯水を搬送する搬送量を変更することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項６】
使用する冷媒が、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜請求項５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、ヒートポンプサイクル内の急激な圧力上昇を緩和し、圧縮機の保護を実現したヒートポンプ式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式給湯機は、除霜運転終了後の給湯運転の立ち上がり性能を維持するために、除霜運転終了後は、圧縮機の周波数の上限値を設定せずに、給湯運転を再開させていた。
【特許文献１】特開２００５−１４７５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ヒートポンプ回路を構成する冷媒配管や給湯回路を構成する配管が長く曲げ回数が多い場合や、給湯用熱交換器にスケールが析出付着してしまう場合には、水圧損が増加し、通常時よりもポンプ流量が減少してしまう。そのため、除霜運転終了後の給湯運転再開時には、水流量が増えず、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機の冷媒吐出圧力が上昇し、設計圧力を超えてしまい、ヒートポンプサイクルの構成部品の磨耗や故障に繋がるという課題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、信頼性の高い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】
【０００５】
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、減圧手段、蒸発器を順次接続し、前記圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する圧力検出手段を有するヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器、湯水を搬送する搬送手段を有する給湯回路と、前記搬送手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記蒸発器を除霜する除霜運転後、前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで前記圧縮機の運転を停止させた場合には、前記搬送手段の搬送量を増加させ、ヒートポンプサイクルを再運転させるものである。
【０００６】
これによって、除霜運転終了後の給湯運転再開時において、圧縮機の冷媒吐出圧力が上昇し、設計圧力を超えてしまう場合には、圧縮機を停止し、搬送手段が搬送する湯水を増加させて、圧縮機の運転を再開させることで、圧縮機の保護を図ることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、信頼性の高い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】
【０００８】
第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を順次接続し、前記圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する圧力検出手段を有するヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器、湯水を搬送する搬送手段を有する給湯回路と、前記搬送手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記蒸発器を除霜する除霜運転後、前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで前記圧縮機の運転を停止させた場合には、前記搬送手段の搬送量を増加させ、ヒートポンプサイクルを再運転させることで、圧縮機の冷媒吐出圧力が上昇し、設計圧力を超えてしまう場合には、圧縮機を停止し、搬送手段が搬送する湯
水の量を増加させて、圧縮機の運転を再開させるので、ヒートポンプサイクルの構成部品の磨耗や故障を防止し、信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、特に第１の発明のヒートポンプ式給湯機において、前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで、前記圧縮機の運転を停止させるごとに、湯水を搬送する搬送量を増加させることで、水圧損の増加に応じた最適な搬送量を設定することが可能となり、より確実にヒートポンプ式給湯機の圧縮機の冷媒吐出圧力の上昇を抑制し、ヒートポンプサイクルの構成部品の磨耗や故障を防止し、信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【００１０】
第３の発明は、特に第１または第２の発明のヒートポンプ式給湯機において、除霜運転後の所定時間だけ、前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで、前記圧縮機の運転を停止させた回数をカウントすることで、水圧損増加以外の要因による高圧保護手段が動作した場合には、湯水の搬送量を増加させないため、より確実に水圧損の増加に応じた最適なポンプ流量を設定することができる。
【００１１】
第４の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明のヒートポンプ式給湯機において、前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出値が所定値に達したことで前記圧縮機の運転を停止させた回数を、機器に供給させる電源がリセットするまでクリアしないことで、水圧損の増加に応じた最適な湯水の搬送量が、次回の運転時にも有効であるので、水圧損の増加に基づく高圧保護手段が動作する可能性が低くなり、ヒートポンプ式給湯機の信頼性を高めるとともに、所望の出湯温度に到達するまでの時間が短縮される。
【００１２】
第５の発明は、特に第１〜第４のいずれか１つの発明のヒートポンプ式給湯機において、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の検出値に基づいて、湯水を搬送する搬送量を変更することで、低外気温時のヒートポンプ式給湯機の加熱能力の低下を推定し、最適な湯水の搬送量を出力することが可能であり、ヒートポンプ式給湯機の信頼性を高めるとともに、所望の出湯温度に到達するまでの時間が短縮される。
【００１３】
第６の発明は、特に第１〜第５のいずれか１つの発明のヒートポンプ式給湯機において、使用する冷媒に二酸化炭素を用いることで、比較的安価であり、かつ安定しているので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることもでき、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できる。また、二酸化炭素は、臨界圧力以上に加圧されるが、上記第１〜第５の発明を用いることで、冷媒が臨界圧力以上に加圧されたとしても信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（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式給湯機の構成を示す図である。図１において、本発明のヒートポンプ式給湯機は、インバータ式圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４を冷媒配管１５で順次環状に接続して構成されるヒートポンプユニットと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽１６、給湯用熱交換器１２、貯湯槽内の液体を搬送する搬送手段であるポンプ１７を液体配管１８で順次環状に接続して構成される給湯ユニットと、インバータ式圧縮機１１の高圧保護制御手段である圧力検出手段２１と、給湯用熱交換器１２へ入水する入水温度を検出する入水温度検出手段３１と、給湯用熱交換器１２から出湯する出湯温度を検出する出湯温度検出手段３２と、外気温度を検出する外気温度検出手段３３と、ポンプ１７の回転数を制御する制御手段であるマ
イクロコンピュータ３０を備えている。
【００１６】
なお、冷媒配管１５内に流通させる冷媒は、比較的安価で安定な二酸化炭素を使用しており、製品コストを抑え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できる。
【００１７】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の運転制御の全体を示すブロック図である。図２において、操作部１からの入力値（例えば、沸き上げ温度）と外気温度検出手段３３で検出された温度より、要求能力は要求能力決定手段３５で決定し、目標出湯温度は目標出湯温度決定手段３７で決定される。
【００１９】
また、入水温度検出手段３１で検出された入水温度、要求能力、目標出湯温度よりポンプ流量演算手段３８、ポンプ流量補正手段３９、ポンプ流量出力手段４０を経て、ポンプ１７の出力が決定される。また、除霜運転復帰時には、インバータ式圧縮機１１の吐出冷媒圧力を検出する圧力検出手段２１が設計圧に達した場合には高圧保護のため圧縮機の運転を停止する高圧保護制御手段２２によって、ポンプ流量演算手段３８でポンプ流量が補正される。
【００２０】
なお、要求能力決定手段３５、目標出湯温度決定手段３７、高圧保護制御手段２２、ポンプ流量演算手段３８、ポンプ流量補正手段３９、ポンプ流量出力手段４０には、マイクロコンピュータ３０を使用する。
【００２１】
図３は、除霜運転復帰時のポンプ流量を決定するフローチャートである。図３において、所定値α（初期値はα＝１）、要求能力検出手段３５で決定された要求能力Ｑ（例えば、Ｑ＝６．０ｋｗ）、目標出湯温度決定手段３７で決定された目標出湯温度Ｔｗａ（例えば、Ｔｗａ＝６５℃）、入水温度検出手段３１で検出された入水温度Ｔ１（例えば、Ｔ１＝１７℃）より、理論上必要なポンプ流量Ｗｑをポンプ流量演算手段３８によって計算し、決定する。なお本実施の形態では、Ｗｑはα×Ｙ（ＹはＱ、Ｔｗａ、Ｔ１で決定される値）で表され、Ｙに、所定値αを乗算した形であるが、これに限定されることはなく、例えばＷｑをＹ＋γ（γは任意の数）としてもよい。
【００２２】
また、ポンプ流量補正手段３９により、ポンプ流量の最大値Ｗｑｍａｘを決定する。そしてポンプ流量出力手段４０により、ＷｑおよびＷｑｍａｘからポンプ１７の出力値ｑｗ（＝Ｗｑ／Ｗｑｍａｘ）を決定する。
【００２３】
ここで、液体配管１８が長く曲げ回数が多い場合や、給湯用熱交換器１２にスケールが析出付着するなどで水圧損が増加してしまうと、通常時にくらべてポンプ流量が減少するため、除霜運転終了後のヒートポンプ式給湯機の吐出冷媒圧力が上昇し、圧力検出手段２１で吐出圧力が設計圧に達したと判断した場合には、高圧保護制御手段２２により圧縮機の運転を停止し、所定値αの値にβ（例えば、β＝０．２）を加算し、新たな所定値αと設定する。このようにすることで、αの値は増加し、それに伴い出力するポンプ流量も増加するので、除霜運転終了後のヒートポンプ式給湯機の吐出冷媒圧力の上昇を防ぐことができる。βの値は、０．２に限定するものではなく、適宜使用状況にあわせて、変更しても良い。
【００２４】
なお、図４は、圧縮機の運転が複数回停止した時のポンプ流量を決定するフローチャー
トであるが、図４のように、吐出冷媒圧力が設計圧に達し、圧縮機の運転が停止した回数をカウントし、カウント数に応じて、所定値αを決定するような構成としてもよい。この場合、α＝１＋β×Ｎという構成となり、圧縮機の運転が停止した回数Ｎに応じて、αが決定される。このような構成とすることで、カウント数に応じたポンプ流量の決定が可能であり、最適なポンプ流量が設定できるために、より確実にヒートポンプ式給湯機の吐出冷媒圧力の上昇を防ぐことができる。
【００２５】
また、カウント数は、電源リセット時以外はクリアにしないことで、次回の運転時にも、水圧損による最適なポンプ流量で運転できるため、所望の出湯温度に到達するまでに時間が短縮される。
【００２６】
以上のように、本実施の形態においては、常に必要なポンプ流量を出力できるので、除霜運転復帰後のヒートポンプ式給湯機の運転再開時における吐出冷媒圧力の上昇を防ぐことができ、圧縮機などのメカの磨耗を保護することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成、運転制御は、第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成と同じであり、同じ個所については同じ記号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図５は、第２の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機のポンプ流量を決定するフローチャートである。第２の実施の形態では、圧縮機が停止した回数をカウントする方法が違うだけであり、その他は第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【００２９】
図５において、第２の実施の形態は、圧縮機の運転を停止した回数Ｎに応じて、ポンプ流量を決定するが、圧縮機の運転を停止したあと、圧縮機再起動後Ｘ分以内はカウントしないというものである。したがって、圧縮機が停止した時間が、圧縮機再起動後Ｘ分経っているならば、カウントし、Ｘ分経っていなければカウントしない。
【００３０】
以上のような制御を行うことで、水圧損以外の要因によって圧縮機が停止した場合（例えば、貯湯槽１６の沸き上げ完了直前の入水温度の急上昇）などにはポンプ回転数を変える必要が無い。もし水圧損以外の要因によって圧縮機が停止した場合も、ポンプ流量を増加させると、所望の出湯温度を得るのに時間を要してしまう。よって水圧損以外の要因で圧縮機が停止した場合にでも、より確実に水圧損の増加に応じた最適なポンプ流量を設定することが可能となる。
【００３１】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成は、第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成と同じであり、同じ個所については同じ記号を付してその説明を省略する。
【００３２】
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式給湯機の運転制御の全体を示すブロック図である。図６において、操作部１からの入力値（例えば、沸き上げ温度）と外気温度検出手段３３で検出された温度より、要求能力は要求能力決定手段３５で決定し、目標出湯温度は目標出湯温度決定手段３７で決定される。
【００３３】
また、入水温度検出手段３１で検出された入水温度、要求能力、目標出湯温度よりポンプ流量演算手段３８、ポンプ流量補正手段３９、ポンプ流量出力手段４０を経て、ポンプの出力が決定される。また、除霜運転復帰時には、インバータ式圧縮機１１の吐出冷媒圧力を検出する圧力検出手段２１が設計圧に達した場合には高圧保護のため圧縮機の運転を
停止する高圧保護制御手段２２によって、ポンプ流量演算手段３８でポンプ流量が補正される。さらにポンプ流量係数決定手段４１によって、外気温度検出手段３３で検出される外気温度より、ポンプ流量係数Ｃを算出し、ポンプ流量出力手段４０で出力するポンプ流量を流量係数Ｃによって補正する。
【００３４】
図７は、本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機のポンプ流量を決定するフローチャートである。図７において、外気温度検出手段３３によって検出される外気温度Ｔｇよりポンプ流量係数Ｃを決定し、ポンプ流量出力手段４０にて、出力されるポンプ流量が補正される。
【００３５】
図８は、外気温度と加熱能力の関係を示した図であり、図９は、外気温度によるポンプ流量係数Ｃの値を示した図である。
【００３６】
図８に示すように、低外気温時には、蒸発器に発生する霜の影響などで、加熱能力が低下する。したがって、外気温が低下する際の能力不足を、ポンプ流量係数決定手段４１にて算出する、図９に示すようなポンプ流量係数Ｃで補正することで、低外気温時のヒートポンプ式給湯機の加熱能力の低下を推定し、最適なポンプ流量を出力することが可能であり、水圧損の増加時のヒートポンプ式給湯機の冷媒圧力の上昇抑制によって、圧縮機などのメカの磨耗を保護することができる。
【００３７】
なお、要求能力決定手段３５、目標出湯温度決定手段３７、高圧保護制御手段２２、ポンプ流量演算手段３８、ポンプ流量補正手段３９、ポンプ流量出力手段４０、ポンプ流量係数決定手段４１には、マイクロコンピュータ３０を使用する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかるヒートポンプ式給湯機は、圧縮機運転再開後の急激な圧力上昇を緩和することで圧縮機の保護を実現し、特に臨界圧力以上まで加圧されるヒートポンプ式給湯機や各種ヒートポンプ装置への利用として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の構成概略図
【図２】同ヒートポンプ式給湯機の運転制御図
【図３】同ヒートポンプ式給湯機の運転制御フローチャート
【図４】同ヒートポンプ式給湯機の他の運転制御フローチャート
【図５】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯機の運転制御フローチャート
【図６】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ式給湯機の運転制御図
【図７】同ヒートポンプ式給湯機の運転制御フローチャート
【図８】同ヒートポンプ式給湯機の運転動作説明図
【図９】同ヒートポンプ式給湯機のポンプ流量係数と外気温度の関係図
【符号の説明】
【００４０】
１  操作部
１１  インバータ式圧縮機
１２  給湯用熱交換器
１３  減圧装置
１４  蒸発器
１５  冷媒配管
１６  貯湯槽
１７  ポンプ
１８  液体配管
１９  ファン
２０  ファンモータ
２１  圧力検出手段
３０  マイクロコンピュータ
３１  入水温度検出手段
３２  出湯温度検出手段
３３  外気温度検出手段
【図１】
0004701982.tif 000002
【図２】
0004701982.tif 000003
【図３】
0004701982.tif 000004
【図４】
0004701982.tif 000005
【図５】
0004701982.tif 000006
【図６】
0004701982.tif 000007
【図７】
0004701982.tif 000008
【図８】
0004701982.tif 000009
【図９】
0004701982.tif 000010