(57)【要約】【課題】信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供すること。【解決手段】圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、電磁膨張弁１３、蒸発器１４を冷媒配管１５で順次接続したヒートポンプ回路と、前記給湯用熱交換器１２にて湯を生成する給湯回路と、前記圧縮機１１の動作を制御する制御手段とを備え、前記蒸発器１４の除霜運転終了後、前記圧縮機１１は、所定時間だけ給湯運転時の最高運転周波数では運転しないことで、信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供する。【選択図】図１
2007040555.tif 000002
【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、蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ回路と、前記給湯用熱交換器にて湯を生成する給湯回路と、前記圧縮機の動作を制御する制御手段とを備え、前記蒸発器の除霜運転終了後、前記圧縮機は、所定時間だけ給湯運転時の最高運転周波数では運転しないことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
圧縮機の運転周波数の上限値を、段階的に上昇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】
冷媒が、二酸化炭素であ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式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除霜運転時の冷凍サイクルおよび制御技術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、蒸発器に着霜すると、除霜運転を行う（例えば、特許文献１参照）。以下図面を用いて、従来のヒートポンプ式給湯機を説明する。
【０００３】
図７は、従来のヒートポンプ式給湯機の構成を示す図である。図７に示すように、ヒートポンプ式給湯機１００は、タンクユニット１０１とヒートポンプユニット１０２から構成される。
【０００４】
タンクユニット１０１は、貯湯槽１０３、循環ポンプ１０４、混合弁１０５、流量調整弁１０６で構成されている。貯湯槽１０３の底部配管から、流量調整弁１０６を介して水道管などの水供給配管に接続されている。また貯湯槽１０３の底部配管から、循環ポンプ１０４を介して給湯用熱交換器１０７の水用配管の流入側と接続されている。また、貯湯槽１０３の上部循環用配管は、水用配管の流出側と接続されている。
【０００５】
ヒートポンプユニット１０２は、給湯用熱交換器１０７、膨張弁１０８Ａ、キャピラリチューブ１０８Ｂ、蒸発器１０９、圧縮機１１０を順次冷媒配管１１１で接続して構成されている。また、蒸発器１０９の吸入空気の温度を検出する温度センサ１１２、蒸発器１０９の出口付近の温度を検知する温度センサ１１３が配設されている。
【０００６】
このように構成された、従来のヒートポンプ式給湯機１００の給湯運転の動作について以下に説明する。
【０００７】
貯湯槽１０３からの運転信号を受信してヒートポンプユニット１０２の運転が開始される。ヒートポンプユニット１０２では、圧縮機１１０で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１０７で放熱し、膨張弁１０８Ａおよびキャピラリチューブ１０８Ｂで減圧された後、蒸発器１０９にて吸熱し、ガス状態で圧縮機１１０に吸入される。
【０００８】
一方、循環ポンプ１０４の運転により、貯湯槽１０３内の水は、底部配管を通って水用配管に導かれ、水用配管で加熱された温水は、上部循環用配管を通って貯湯槽１０３に戻される。
【０００９】
次に、従来のヒートポンプ式給湯機１００の除霜運転の動作について説明する。
【００１０】
除霜運転開始後、循環ポンプ１０４で制御する流量は、小流量とし、給湯用熱交換器１０７で除霜用の熱量を放熱しないようにしている。その後、膨張弁１０８Ａを最大開度にして、圧縮機１１０の運転周波数を高くして運転している。そして温度センサ１１３の状況に応じて、除霜運転を終了し、通常の給湯運転を再開する。
【特許文献１】特開２００５−１４７６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の技術のような除霜運転終了後には、急速にヒートポンプ式給湯機の能力を立ち上げなければならない。急速にヒートポンプ式給湯機の能力を立ち上げるためには、給湯運転時の最高運転周波数で圧縮機を運転することが考えられるが、除霜
運転終了後すぐに、最高運転周波数で運転を開始すると、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が上昇し、設計圧力を超えてしまうという課題があった。
【００１２】
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】
【００１３】
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、蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ回路と、前記給湯用熱交換器にて湯を生成する給湯回路と、前記圧縮機の動作を制御する制御手段とを備え、前記蒸発器の除霜運転終了後、前記圧縮機は、所定時間だけ給湯運転時の最高運転周波数では運転しないものである。
【００１４】
これによって、ヒートポンプ式給湯機が、除霜運転終了後に通常運転を開始した時、通常運転時の圧縮機の周波数が、除霜運転時の圧縮機の周波数よりも高く設定されている場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力の上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
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】
【００１６】
第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で順次接続したヒートポンプ回路と、前記給湯用熱交換器にて湯を生成する給湯回路と、前記圧縮機の動作を制御する制御手段とを備え、
前記蒸発器の除霜運転終了後、前記圧縮機は、所定時間だけ給湯運転時の最高運転周波数では運転しないことを特徴とするものである。これによって、ヒートポンプ式給湯機が、除霜運転終了後に通常運転を開始した時に、通常運転時の圧縮機の周波数が、除霜運転時の圧縮機の周波数よりも高く設定されている場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力の上昇を抑制することができるので、圧縮機を構成する部品の磨耗などを防ぎ、信頼性を向上させることができる。
【００１７】
第２の発明は、特に第１の発明において、圧縮機の運転周波数の上限値を、段階的に上昇させることを特徴とするものである。これによって、圧縮機を構成する部品の磨耗などを防ぎ、かつ除霜運転終了後の給湯運転能力の立ち上がりが早くなる。
【００１８】
第３の発明は、特に第１もしくは２の発明において、ヒートポンプ回路で使用される冷媒が、二酸化炭素であることを特徴とするものである。これによって、水または空気を加熱するために、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器内の水により熱を奪われても、凝縮することがない。したがって、給湯用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することができる。
【００１９】
しかしながら、冷媒に二酸化炭素を用いることで、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧される。そのため、上記第１、第２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、圧縮機を構成する部品の磨耗などを防ぎ、信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また比較的安価であり安定な二酸化炭素を冷媒に使用することで、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。さらに二酸化炭素は、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。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、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を表す図であり、図２は、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制御を表す図である。
【００２３】
図１において、ヒートポンプ式給湯機は、貯湯槽１６、ウォータポンプ１７、給湯用熱交換器１２を配管１８で順次環状に接続した循環回路と、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧手段である電磁膨張弁１３、蒸発器１４を冷媒配管１５で順次環状に接続したヒートポンプ回路で構成され、圧縮機１１から吐出する冷媒の温度を検出する第１の温度検出手段である温度センサ３１と、蒸発器１４の出口付近の冷媒の温度を検出する第２の温度検出手段である温度センサ３２がヒートポンプ回路上に配設されている。また、温度センサ３１および３２、電磁膨張弁１３はマイクロコンピュータ３０によって制御される。また、圧縮機１１は、アキュームレータのない構成であるので、小型かつ軽量である。また、ヒートポンプ回路に流通させる冷媒は二酸化炭素を用いている。
【００２４】
なお、本実施の形態において、減圧手段を電磁膨張弁としているが、これに限ることなく、温度に応じて開度を決定できるような減圧手段であればよい。また、使用する冷媒も二酸化炭素に限るものではなく、臨界圧力以上に加圧される冷媒であれば同様の効果を奏する。また、温度センサ３１および３２、電磁膨張弁１３は、マイクロコンピュータ３０によって制御されているが、マイクロコンピュータ３０は、ひとつに限らず、複数のマイクロコンピュータを用いて制御してもよい。また、本実施の形態では蒸発器の冷媒の温度を検出するのに、蒸発器１４の出口付近の冷媒の温度を検出しているが、低圧であることを検知できればよいため、蒸発器１４の出口に限定されることはなく、蒸発器１４の中間地点や入口の冷媒の温度を検出してもよい。
【００２５】
次に、図２を用いて、ヒートポンプ式給湯機の制御について説明する。前記温度センサ３１で検出される圧縮機１１から吐出する冷媒の温度を、所望の温度に制御するため、温度センサ３１で検出される温度に基づいて、電磁膨張弁１３の開度が減圧装置制御手段３３によって制御される。また前記温度センサ３２で検出される温度に基づいて、電磁膨張弁１３の開度が減圧装置制御手段３３によって制御され、圧縮機１１の運転が圧縮機運転周波数制御手段３４によって制御される。なお、減圧装置制御手段３３および圧縮機運転周波数制御手段３４には、マイクロコンピュータ３０を用いている。
【００２６】
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。
【００２７】
図３は、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圧縮機の周波数制御の流れを示すフローチャートである。まずステップ１において、ヒートポンプ式給湯機の除霜運転終了後、圧縮機１１の目標運転周波数が上昇する等の制御開始条件が成立した場合に、圧縮機１１の最高運転周波数を、ある所定時間だけ所定値に制限する制御を行う。
【００２８】
ステップ２において、タイマーをスタートするとともに、圧縮機１１の運転周波数に上限値を設け、圧縮機１１の運転周波数の上昇を所定時間抑制する。つまり圧縮機１１が、給湯運転時に最高運転周波数で運転しないように、ある所定時間だけ抑制する。
【００２９】
ステップ３において、タイマーが所定時間経過したかどうかの判断を行い、所定時間経
過していなければ、ステップ２に戻り本制御を継続させるが、所定時間経過していれば、ステップ４に進み、本制御を終了し、通常の給湯運転に戻る。
【００３０】
図４は、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圧縮機の動作を示すグラフであり、点線を従来制御、実線を本制御として、比較している。図４において、従来技術では、圧縮機１１からの吐出冷媒の圧力が設計圧力を超えて、システムがダウンしていたものが、本発明の制御を用いることで、圧縮機１１の運転周波数の上限値を抑制しているので、吐出圧力も、設計圧力を超えていない。
よって本発明を用いることで、圧縮機１１からの吐出冷媒の温度および圧力のオーバーシュートを防いでいることが分かる。また従来は、圧縮機からの吐出冷媒の温度および圧力が上昇することで圧縮機が停止し、圧縮機が再起動する時間を要すると共に、圧縮機の熱容量が減少するため立ち上がりに長時間が必要となり、給湯効率が悪化するといった課題があったが、その課題も解消され、除霜運転終了後にスムーズに給湯運転への移行が可能となる。
【００３１】
以上のように、本発明の実施の形態１においては、除霜運転終了後に、圧縮機１１の運転周波数に上限値を設けて所定時間運転することで、除霜時の運転周波数よりも高い運転周波数で運転する場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力上昇を防止し、圧縮機モータ過電流による圧縮機停止を防止でき、圧縮機の磨耗などを防ぎ、冷凍サイクルを構成する機器の保護が可能となる。
【００３２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯機は、実施の形態１と同じ構成であり、同じ部位には同じ記号を付して、その説明を省略する。以下、実施の形態２における動作、作用について説明する。
【００３３】
図５は、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圧縮機の周波数制御の流れを示すフローチャートである。まずステップ１において、ヒートポンプ式給湯機の除霜運転終了後、圧縮機１１の目標運転周波数が上昇する等の制御開始条件が成立した場合に、圧縮機１１の運転周波数を、ある所定時間だけ所定値に制限する制御を行う。
【００３４】
ステップ２において、タイマーをスタートするとともに、現在の圧縮機１１の運転周波数をαとして記憶し、タイマーのカウントがある所定時間Ｔに達するまで、圧縮機１１の最高運転周波数をα＋βとして運転する。つまりある所定時間Ｔの間は、圧縮機１１の最高運転周波数がα＋βに制限され、それ以上では運転しないように、抑制されている。
【００３５】
ステップ３において、タイマーのカウントが所定時間Ｔを経過したかどうかの判断を行い、所定時間Ｔを経過していなければ、圧縮機１１の最高運転周波数をα＋βのまま運転を継続させるが、所定時間Ｔを経過していれば、ステップ４に進む。
【００３６】
ステップ４において、現在の圧縮機１１の運転周波数が、目標運転周波数に達しているかどうかを判断し、目標運転周波数に達していなければ、ステップ２に戻り、新たにβだけ上限値を増加させ、本制御を継続するが、目標運転周波数に達していれば、本制御は終了し、通常の給湯運転に戻る。
【００３７】
図６は、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圧縮機の動作を示すグラフであり、点線を従来制御、実線を本制御として、比較している。図６において、従来技術では、圧縮機１１からの吐出冷媒の圧力が設計圧力を超えて、システムがダウンしていたものが、本制御では、所定時間Ｔごとに圧縮機１１の周波数をαしか上昇させていないため、圧縮機の吐出圧力も、設計圧力を超えていない。
【００３８】
よって本発明を用いることで、圧縮機１１からの吐出冷媒の温度および圧力のオーバーシュートを防いでいることが分かる。また従来は、圧縮機からの吐出冷媒の温度および圧力が上昇することで圧縮機が停止し、圧縮機が再起動する時間を要すると共に、圧縮機の熱容量が減少するため立ち上がりに長時間が必要となり、給湯効率が悪化するといった課題があったが、その課題も解消され、除霜運転終了後にスムーズに給湯運転への移行が可能となる。
【００３９】
以上のように、本発明の実施の形態２においては、除霜運転終了後に、圧縮機１１の運転周波数の上限値を段階的に設けて所定時間運転することで、除霜時の運転周波数よりも高い運転周波数で運転する場合でも、圧縮機から吐出される冷媒の圧力上昇を防止し、圧縮機モータ過電流による圧縮機停止を防止でき、圧縮機の磨耗などを防ぎ、冷凍サイクルを構成する機器の保護が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ式給湯機は、圧縮機から吐出される冷媒の圧力上昇を防止し、冷凍サイクルを構成する機器の保護が可能となるので、ヒートポンプ式給湯機だけに限らず、冷凍サイクルを用いるものであれば、本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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図
【図２】同ヒートポンプ式給湯機の制御図
【図３】同ヒートポンプ式給湯機の除霜運転終了後のフローチャート
【図４】同ヒートポンプ式給湯機の圧縮機の動作の従来方法との比較図
【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除霜運転終了後のフローチャート
【図６】同ヒートポンプ式給湯機の圧縮機の動作の従来方法との比較図
【図７】従来のヒートポンプ式給湯機の構成図
【符号の説明】
【００４２】
１１  圧縮機
１２  給湯用熱交換器
１３  電磁膨張弁
１４  蒸発器
１５  冷媒配管
１６  貯湯槽
１７  ウォータポンプ
１８  配管
３０  マイクロコンピュータ
３１  温度センサ
３２  温度センサ
【図１】
2007040555.tif 000003
【図２】
2007040555.tif 000004
【図３】
2007040555.tif 000005
【図４】
2007040555.tif 000006
【図５】
2007040555.tif 000007
【図６】
2007040555.tif 000008
【図７】
2007040555.tif 000009