(57)【要約】【課題】給湯能力の急変および給水温度の急変時にも、冷凍サイクルの急変を防止し、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することで圧縮機の信頼性を確保することができるヒートポンプ式給湯機を提供する。【解決手段】圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３、熱源用熱交換器１４を冷媒配管１５により順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽１６、貯湯槽１６の液体を流通させる搬送手段１７、給湯用熱交換器１２を液体配管１８により順次環状に接続してなる給湯サイクルと、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を検出するサーミスタ３１と、サーミスタ３１で検出される温度が所定の温度になるように減圧装置１３の弁開度を制御する制御手段３０とを備え、圧縮機１１の運転周波数が急変した時、減圧装置１３の弁開度を予め設定された開度に変更することを特徴とする。【選択図】図１
2007212103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽、前記貯湯槽内の液体を流通させる搬送手段、前記給湯用熱交換器を液体配管により順次環状に接続してなる給湯サイクルと、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段で検出される温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する制御手段とを備え、給湯能力が変化した時に、前記圧縮機の運転周波数および前記減圧装置の弁開度を予め設定された開度に変更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、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽、前記貯湯槽内の液体を流通させる搬送手段、前記給湯用熱交換器を液体配管により順次環状に接続してなる給湯サイクルと、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段で検出される温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する制御手段と、前記給湯用熱交換器に給水される水の温度を検出する給水温度検出手段とを備え、前記給水温度検出手段で検出される温度が所定時間内に所定温度以上変化した時、前記圧縮機の運転周波数および前記減圧装置の開度を予め設定された開度に変更することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
減圧装置の弁開度を予め設定された開度に変更したあと、所定時間の間は、前記減圧装置の弁開度を一定に制御し、所定時間経過後は、圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定された目標吐出冷媒温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御す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。
【請求項４】
圧縮機はアキュームレータの無い構成であ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式給湯機。
【請求項５】
ヒートポンプサイクルは、高圧側の冷媒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であることを特徴とする請求項１〜４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】
冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜５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、給湯能力や給水温度が急変しても冷凍サイクルの急変を防止し、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇がない効率の良い給湯加熱運転を実現させることで圧縮機の信頼性を確保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、圧縮機の吐出冷媒温度が、外気温度に対して予め設定された目標吐出冷媒温度になるように減圧装置の開度を制御する構成とし、起動時に減圧装置の開度を一定にする不感帯時間を有していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４６４４９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、ヒートポンプ式給湯機は、給湯能力が変化したり、給湯用熱交換器へ給水する水の温度が急変した場合には、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を招いたり、沸き上げ温度が所定の温度を維持できないという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯能力の急変および給水温度の急変時にも、冷凍サイクルの急変を防止し、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することで圧縮機の信頼性を確保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】
【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、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽、前記貯湯槽内の液体を流通させる搬送手段、前記給湯用熱交換器を液体配管により順次環状に接続してなる給湯サイクルと、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段で検出される温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する制御手段とを備え、給湯能力が変化した時に、前記圧縮機の運転周波数および前記減圧装置の弁開度を予め設定された開度に変更することを特徴とするものである。
【０００６】
これによって、給湯能力の変化による圧縮機の運転周波数が急変した場合でも、冷凍サイクルの急変を防止することができ、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することができ、圧縮機の信頼性を確保するとともに、所定の沸き上げ温度を維持することができる。
【０００７】
また、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、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽、前記貯湯槽内の液体を流通させる搬送手段、前記給湯用熱交換器を液体配管により順次環状に接続してなる給湯サイクルと、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段で検出される温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する制御手段と、前記給湯用熱交換器に給水される水の温度を検出する給水温度検出手段とを備え、前記給水温度検出手段で検出される温度が所定時間内に所定温度以上変化した時、前記圧縮機の運転周波数および前記減圧装置の開度を予め設定された開度に変更することを特徴とするものである。
【０００８】
これによって、給湯用熱交換器への給水温度が急変した場合でも、冷凍サイクルの急変を防止することができ、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することができ、圧縮機の信頼性を確保するとともに、所定の沸き上げ温度を維持することができる。
【発明の効果】
【０００９】
給湯能力の急変および給水温度の急変時にも、冷凍サイクルの急変を防止し、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することで圧縮機の信頼性を確保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】
【００１０】
第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽、前記貯湯槽内の液体を流通させる搬送手段、前記給湯用熱交換器を液体配管により順次環状に接続してなる給湯サイクルと、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段で検出される温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する制御手段とを備え、給湯能力が変化した時に、前記圧縮機の運転周波数および前記減圧装置の弁開度を予め設定された開度に変更することにより、給湯能力の変化による圧縮機の運転周波数が急変した場合でも、冷凍サイクルの急変を防止することができ、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することで、圧縮機の信頼性を確保できるとともに、所定の沸き上げ温度を維持することができる。
【００１１】
第２の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽、前記貯湯槽内の液体を流通させる搬送手段、前記給湯用熱交換器を液体配管により順次環状に接続してなる給湯サイクルと、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段で検出される温度が所定の温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する制御手段と、前記給湯用熱交換器に給水される水の温度を検出する給水温度検出手段とを備え、前記給水温度検出手段で検出される温度が所定時間内に所定温度以上変化した時、前記圧縮機の運転周波数および前記減圧装置の開度を予め設定された開度に変更することにより、給湯用熱交換器への給水温度が急変した場合でも冷凍サイクルの急変を防止することができ、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することで圧縮機の信頼性を確保できるとともに、所定の沸き上げ温度を維持することができる。
【００１２】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、減圧装置の弁開度を予め設定された開度に変更したあと、所定時間の間は、前記減圧装置の弁開度を一定に制御し、所定時間経過後は、圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定された目標吐出冷媒温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御することにより、減圧装置の弁開度に不感帯時間を設けているので、過渡状態での圧力に対する温度の上昇の遅れを待機することで圧縮機の吐出冷媒圧力のオーバーシュートを防止でき、冷凍サイクルの急変を防止することができ、圧縮機の以上温度上ならびに異常圧力上昇をより確実に防止することができ、圧縮機の信頼性を向上することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、圧縮機はアキュームレータの無い構成であることにより、ヒートポンプ式給湯機の本体の小型化、軽量化が可能となる。
【００１４】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、ヒートポンプサイクルは、高圧側の冷媒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であることにより、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く、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できる。
【００１５】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明において、冷媒が二酸化炭素であることにより、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、オゾン破壊係数がゼロ、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。
【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および図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構成図および運転制御図である。図１において、本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機１１、熱源機熱交換器１４、減圧装置１３、給湯用熱交換器１２を冷媒配管１５で順次環状に接続したヒートポンプサイクルと、搬送手段であるウォーターポンプ１７、給湯用熱交換器１２、貯湯槽１６を液体配管１８で順次環状に接続した給湯サイクルと、圧縮機１１から吐出する冷媒の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段であるサーミスタ３１と、サーミスタ３１が所定の温度になるように減圧装置１３の弁開度を制御する制御手段である減圧装置制御手段３４と、給湯用熱交換器１２に給水される水の温度を検出する給水温度検出手段であるサーミスタ３３と、給湯能力指示検知手段であるマイクロコンピュータ３２によって貯湯槽１６から指示される所望の給湯能力になるように圧縮機１１の運転周波数を制御する圧縮機運転周波数制御手段３５により構成される。また減圧装置制御手段３４と圧縮機運転周波数制御手段３５はマイクロコンピュータ３０で構成される。また減圧装置１３には、電気式膨張弁を使用している。また給湯用熱交換器１２において、冷媒と水とが対向流を成して熱交換を行っている。
【００１８】
マイクロコンピュータ３２では、貯湯槽内の湯水の貯湯量、使用量、沸き上げ温度などから最適な給湯能力を検出し、ヒートポンプサイクルを制御するマイクロコンピュータ３０に給湯能力を指示している。本実施の形態においては、給湯能力指示検知手段であるマイクロコンピュータ３２は、ヒートポンプサイクルを構成する機器を制御するマイクロコンピュータ３０と別体として記載しているが、これに限定されるものではなく、例えば、給湯サイクルとヒートポンプサイクルが一体的に構成されている一体型ヒートポンプサイクルなどでは、マイクロコンピュータ３０とマイクロコンピュータ３２とを同じマイクロコンピュータで構成してもよい。
【００１９】
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。
【００２０】
図３は、本実施の形態における動作を示すフローチャートである。図３において、貯湯槽１６からの給湯能力変更指示をマイクロコンピュータ３２によって検知し、その変更された給湯能力が得られるように圧縮機１１の運転周波数を決定し、圧縮機運転周波数制御手段３５によって運転周波数が変更される。また、給湯能力により予め設定された減圧装置１３の弁開度を決定し、その弁開度にシフトさせる。そして、シフトさせたあと、さらに、所望の吐出冷媒温度になるように減圧装置１３の弁開度を、減圧装置制御手段３４で制御する。
【００２１】
図４は、本実施の形態と従来技術とを比較した図である。図４において、本実施の形態を実線、従来技術を点線で示す。これによると、給湯能力が変化した時に圧縮機の運転周波数を急変させていることが分かる。この運転周波数が急変するのと同じタイミングで、
減圧装置の弁開度を、予め給湯能力に合わせて設定されている弁開度にシフトし、その後、所望の吐出冷媒温度になるように弁開度を制御している。ここでいう所望の吐出冷媒温度とは、沸き上げ温度（給湯用熱交換器から出湯する温度）にあわせて適宜決定される吐出冷媒温度の目標値のことであり、沸き上げ温度よりも高温に設定するのが好ましい。その結果、従来技術では、吐出冷媒圧力、吐出冷媒温度、沸き上げ温度のオーバーシュートが発生していたが、本実施の形態のように制御することで、オーバーシュートが防止できているのが分かる。したがって、冷凍サイクルを安定させたまま給湯能力の移行が可能となり、給湯能力が変化し、圧縮機１１の運転周波数が急変した場合でも、冷凍サイクルの急変を防止することができ、圧縮機１１の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することで、圧縮機１１の信頼性を確保できるとともに、所定の沸き上げ温度を維持することができる。
【００２２】
また本実施の形態においては、圧縮機１１はアキュームレータのない構成としているので、ヒートポンプ式給湯機本体の小型化、軽量化が可能となる。さらに、ヒートポンプサイクルの冷媒には二酸化炭素を用いており、給湯用熱交換器１２内においては、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１２の水により熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、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るので、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。さらに、二酸化炭素は比較的安価であり、かつ安定であるので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また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。
【００２３】
（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は、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。また、第１の実施の形態と同じものには、同じ符号を付してその説明は省略するものとする。
【００２４】
図５は、第２の実施の形態における運転制御図である。図５において、給湯用熱交換器へ流入する水の温度を検出する給水温度検出手段であるサーミスタ３３の値が、所定時間内に所定温度以上変化した場合には、圧縮機１１の運転周波数を変化させるとともに、弁開度を、給水温度により予め設定された開度にシフトさせ、その後、冷媒吐出温度検出手段３１を所望の温度に制御するというものである。
図６は、本実施の形態と従来技術とを比較した図である。図６において、本実施の形態を実線、従来技術を点線で示す。これによると、給水温度が変化した時に圧縮機の運転周波数を急変させていることが分かる。この運転周波数が急変するのと同じタイミングで、減圧装置の弁開度を、予め給湯能力に合わせて設定されている弁開度にシフトし、その後、所望の吐出冷媒温度になるように弁開度を制御している。その結果、従来技術では、吐出冷媒圧力、吐出冷媒温度、沸き上げ温度のオーバーシュートが発生していたが、本実施の形態のように制御することで、オーバーシュートが防止できているのが分かる。したがって、冷凍サイクルを安定させたまま給湯能力の移行が可能となり、給湯能力が変化し、圧縮機１１の運転周波数が急変した場合でも、冷凍サイクルの急変を防止することができ、圧縮機１１の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇を防止することで、圧縮機１１の信頼性を確保できるとともに、所定の沸き上げ温度を維持することができる。
【００２５】
また本実施の形態においては、圧縮機１１はアキュームレータのない構成としているので、ヒートポンプ式給湯機本体の小型化、軽量化が可能となる。さらに、ヒートポンプサイクルの冷媒には二酸化炭素を用いており、給湯用熱交換器１２内においては、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１２の水により熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、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
やすくなるので、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。さらに、二酸化炭素は比較的安価であり、かつ安定であるので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また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。
【００２６】
（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の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。また、第１の実施の形態と同じものには、同じ符号を付してその説明は省略するものとする。また、本実施の形態における動作を示すフローチャートも第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機と同じであり、図３に示すものである。
図３において、貯湯槽１６からの給湯能力変更指示をマイクロコンピュータ３２によって検知し、その変更された給湯能力が得られるように圧縮機１１の運転周波数を決定し、圧縮機運転周波数制御手段３５によって運転周波数が変更される。また、給湯能力により予め設定された減圧装置１３の弁開度を決定し、その弁開度にシフトさせる。そして、シフトさせたあと、さらに、所望の吐出冷媒温度になるように減圧装置１３の弁開度を、減圧装置制御手段３４で制御する。
【００２７】
図７は、本実施の形態と従来技術とを比較した図である。図７において、本実施の形態を実線、従来技術を点線で示す。これによると、給湯能力が変化した時に圧縮機の運転周波数を急変させていることが分かる。この運転周波数が急変するのと同じタイミングで、減圧装置の弁開度を、予め給湯能力に合わせて設定されている弁開度にシフトし、所定時間の間は、そのシフトした弁開度を一定に保つ不感帯時間を設け、そして所定時間経過後には、所望の吐出冷媒温度になるように弁開度を制御している。ここでいう所望の吐出冷媒温度とは、沸き上げ温度（給湯用熱交換器から出湯する温度）にあわせて適宜決定される吐出冷媒温度の目標値のことであり、沸き上げ温度よりも高温に設定するのが好ましい。その結果、従来技術では、吐出冷媒圧力、吐出冷媒温度、沸き上げ温度のオーバーシュートが発生していたが、本実施の形態のように制御することで、オーバーシュートが防止できているのが分かる。したがって、弁開度を一定に制御する不感帯時間を設け、その後目標吐出冷媒温度になるように減圧装置１３の弁開度を制御するため、過渡状態での圧力に対する温度の上昇の遅れを待機するので、圧縮機１１の吐出冷媒圧力のオーバーシュートを防止でき、冷凍サイクルの急変の防止が可能となり、圧縮機１１の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇をより確実に防止することで、圧縮機１１の信頼性を向上することができる。
【００２８】
また本実施の形態においては、圧縮機１１はアキュームレータのない構成としているので、ヒートポンプ式給湯機本体の小型化、軽量化が可能となる。さらに、ヒートポンプサイクルの冷媒には二酸化炭素を用いており、給湯用熱交換器１２内においては、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１２の水により熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、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るので、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。さらに、二酸化炭素は比較的安価であり、かつ安定であるので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また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。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクルと給湯サイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ式給湯機、別体に構成された分離型ヒート
ポンプ式給湯機、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯できる直接出湯型ヒートポンプ式給湯機にも適用でき、給湯機能の他に、浴槽給湯、暖房機能、乾燥機能を有するヒートポンプ装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】同実施の形態における運転制御図
【図３】同実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の制御フローチャート
【図４】同実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機と従来技術の比較図
【図５】本発明の実施の形態２における運転制御図
【図６】同実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機と従来技術の比較図
【図７】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ式給湯機と従来技術の比較図
【符号の説明】
【００３１】
１１  圧縮機
１２  給湯用熱交換器
１３  減圧装置（電気式膨張弁）
１４  熱源用熱交換器
１５  冷媒配管
１６  貯湯槽
１７  ポンプ（ウォーターポンプ）
１８  液体配管
３０  マイクロコンピュータ
３１  吐出冷媒温度検出手段（サーミスタ）
３２  マイクロコンピュータ
３３  給水温度検出手段（サーミスタ）
３４  減圧装置制御手段（マイクロコンピュータ３０）
３５  圧縮機運転周波数制御手段（マイクロコンピュータ３０）
【図１】
2007212103.tif 000003
【図２】
2007212103.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007212103.tif 000006
【図５】
2007212103.tif 000007
【図６】
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【図７】
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