(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、水熱交換器の第１の熱交換管、流量調整弁、室外空気熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、上記水熱交換器の第１の熱交換管と熱交換自在の第２の熱交換管、キャッチタンク、給湯タンク、流量可変ポンプを順次接続して水を循環させる主回路および上記キャッチタンクの水出口側と上記流量可変ポンプの水入口側とを連通するバイパス路の途中に介在された開閉弁を備えた水回路と、上記冷凍サイクルの除霜運転時上記開閉弁を開弁させる制御器と、を具備していることを特徴とするヒートポンプ給湯器。
【請求項２】
上記制御器は、負荷変動時、上記流量可変ポンプをその吐出流量を減少させるように制御するポンプ制御手段と、負荷変動時、上記圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機制御手段と、を具備していることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯器。
【請求項３】
圧縮機、四方弁、水熱交換器の第１の熱交換管、流量調整弁、室外空気熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、上記水熱交換器の第１の熱交換管と熱交換自在の第２の熱交換管、給湯タンク、流量可変ポンプを順次接続して水を循環させる主回路および三方の出入口を、上記流量可変ポンプの水出口と上記水熱交換器の第２の熱交換管の水入口と排水側とにそれぞれ接続し、この第２の熱交換管の入口を上記流量可変ポンプの水出口と排水側とに選択的に連通させるように切換自在の三方弁を備えた水回路と、上記冷凍サイクルの除霜運転時、上記流量可変ポンプの運転を停止させる一方、上記三方弁を上記室外熱交換器の水入口が上記開放側に連通するように切り換える制御器と、を具備していることを特徴とするヒートポンプ給湯器。
【請求項４】
給湯タンクは水熱交換器の第２の熱交換管に対して水頭差を有することを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ給湯器。
【請求項５】
三方弁の排水側に排水される温水の温度を検出する温水温度センサを有し、上記制御器は、上記冷凍サイクルの除霜運転時、上記温水温度センサにより検出された検出温度が所定値以上であるときに、上記三方弁を、上記水熱交換器の第２の熱交換管の水入口が流量可変ポンプの水出口に連通するように切り換える三方弁切換手段を備えていることを特徴とする請求項３または４記載のヒートポンプ給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ式冷凍サイクルにより水を加熱して高温水の給湯が可能なヒートポンプ給湯器に係り、特にヒートポンプ式冷凍サイクルの室外空気熱交換器の除霜方法を主に改良したヒートポンプ給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯器の一例としては、例えば図７に示すように冷媒を循環させるヒートポンプ式冷凍サイクル１と、この冷凍サイクル１により加熱される水を給湯タンクに供給する水回路１０と、を具備したものがある。
【０００３】
冷凍サイクル１は、圧縮機２、四方弁３、水熱交換器４の一次側熱交換管４ａ、流量調整弁（膨張弁）５、室外空気熱交換器６を冷媒配管７によりこの順に順次接続して冷媒を循環させる閉じたループを構成している。
【０００４】
一方、水回路１０は、上記水熱交換器４の一次側熱交換管４ａと熱交換自在の二次側熱交換管４ｂ、給湯タンク１１、流量可変ポンプ１２をこの順に順次水配管１３により接続して、水（または温水）を循環させる閉じたループを構成している。
【０００５】
そして、四方弁３の切換操作により冷凍サイクル１を貯湯運転すると、冷媒が図７中矢印で示す方向に循環して水熱交換器４が凝縮器として作用する一方、室外空気熱交換器６が蒸発器として作用する。このために、水熱交換器４の一次側熱交換管４ａ内を通る高温高圧のガス状冷媒の凝縮時に凝縮熱が同二次側熱交換管４ｂを通水する水に与熱されて加熱され、この温水が流量可変ポンプ１２の送水により水回路１０を繰り返し循環することにより漸次加熱されて目標温度の温水に加熱され、給湯タンク１１内に貯湯される。
【０００６】
しかし、この貯湯運転を長時間行なうと、蒸発器として作用する室外空気熱交換器６に着霜が発生する場合がある。この場合は四方弁３を除霜運転に切り換えて冷凍サイクル１の冷媒の循環方向を図７中破線矢印方向へ逆転させる。すると、今度は室外空気熱交換器６が凝縮器として作用するので、その冷媒凝縮熱により着霜を加熱溶融させて除霜することができる。
【０００７】
また、このヒートポンプ給湯器の起動時や、除霜運転から貯湯運転への復帰時等、急激な負荷変動の際には流量可変ポンプ１２の回転速度を減速させて水回路１０を循環する水量を減少させることにより目標温度の温水を貯湯タンク１１へ供給していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のヒートポンプ給湯器では、冷凍サイクル１の除霜運転時、水熱交換器４がその一次側熱交換管４ａ内を通る液冷媒を蒸発させる蒸発器として作用し、２次側熱交換管４ｂの通水を冷却してしまうので、温水が冷却されて貯湯タンク１１内に流入し、貯湯温度を降温させてしまうという不具合がある。
【０００９】
そこで、このような低温水の貯湯タンク１１内への流入を阻止するために流量可変ポンプ１２の運転を停止すると、今度は水熱交換器４内の二次側熱交換管４ｂ内の通水がその管内で停止して凍結し、この二次側熱交換管４ｂを破損してしまうという不具合がある。
【００１０】
このために、このような二次側熱交換管４ｂ内の水の凍結を防止するために、この二次側熱交換管４ｂ内の通水流量を所定量確保するためには大容量のポンプを必要としていた。
【００１１】
さらに、このヒートポンプ給湯器の急激な負荷変動時では、冷凍サイクル１の追従や制御の遅れにより、目標とされる温水温度よりも低い温度の温水が貯湯タンク１１へ供給されてしまうという課題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、室外空気熱交換器の着霜を短時間で除霜できるうえに、その除霜時の水熱交換器の凍結ないしその凍結による破損を防止することができ、給湯タンク内の温水温度を高温に保つことができるヒートポンプ給湯器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、圧縮機、四方弁、水熱交換器の第１の熱交換管、流量調整弁、室外空気熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、上記水熱交換器の第１の熱交換管と熱交換自在の第２の熱交換管、キャッチタンク、給湯タンク、流量可変ポンプを順次接続して水を循環させる主回路および上記キャッチタンクの水出口側と上記流量可変ポンプの水入口側とを連通するバイパス路の途中に介在された開閉弁を備えた水回路と、上記冷凍サイクルの除霜運転時上記開閉弁を開弁させる制御器と、を具備していることを特徴とするヒートポンプ給湯器である。
【００１４】
この発明によれば、除霜運転時、制御器によりバイパス路の開閉弁が開弁されると、水熱交換器により加熱されてキャッチタンク内に一旦貯湯された高温の温水の一部が開弁中の開閉弁とバイパス路を通って水熱交換器の第２（二次側）の熱交換管内を通水し、その通水の際にこの水熱交換器の第１（一次側）の熱交換管内を流れる冷媒を加熱して昇温させる。このために、この高温ガス冷媒が圧縮機で圧縮されてさらに昇温して室外空気熱交換器内を通ることにより、この室外空気熱交換器の着霜を短時間で除霜することができる。しかも、キャッチタンク内に一旦貯湯された温水は、水を加熱する水熱交換器の直ぐ下流側にあるので、温度が高いうえに、さらに、この温水が給湯タンクを経ずに、バイパス路を経て再び水熱交換器の二次側熱交換管へ流入し、その一次側熱交換管内を通る冷媒を加熱するので、その加熱量を増大させることができる。このように室外空気熱交換器を流れる冷媒の温度が高いために除霜時間を短縮することができる。
【００１５】
また、冷凍サイクルの除霜運転時、水熱交換器は蒸発器として作用するが、その二次側熱交換管内には上述した高温度の温水が通水して、その一次側熱交換管の冷媒を加熱するので、二次側熱交換管内を通水する通水量が少量でも水熱交換器の凍結を防止することができる。したがって、水熱交換器の凍結による破損を防止することができる。
【００１６】
さらに、冷凍サイクルの除霜運転から貯湯運転に復帰した後には、バイパス路の開閉弁を開弁させることにより、給湯タンクの前後を連通してショートさせることにより温水を給湯タンクに供給しないショートサイクルを構成するので、キャッチタンク内の温水温度を目標温度まで昇温させた後に、再びバイパス路の開閉弁を閉じて温水を貯湯タンクへ供給することにより高温度の温水を給湯タンクに供給することができる。
【００１７】
さらにまた、起動時や、除霜運転から貯湯運転への復帰時等の急激な負荷変動時、圧縮機の運転周波数を上昇させたり、バイパス路の開閉弁を開弁させることにより水回路をショートサイクルに構成する等により水熱交換器の出口水温を目標値以上に上昇させることにより、急激な負荷変動により水温が低下したキャッチタンク内の温水温度を上昇させ、給湯タンクに供給することができる。これにより、急激な負荷変動時、冷凍サイクル制御の急激な変動を回避でき、安定した運転制御を容易に行なうことができる。
【００１８】
請求項２の発明は、上記制御器は、負荷変動時、上記流量可変ポンプをその吐出流量を減少させるように制御するポンプ制御手段と、負荷変動時、上記圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機制御手段と、を具備していることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯器である。
【００１９】
この発明によれば、起動や、除霜復帰時等の急激な負荷変動時に、水熱交換器の出口水温が低下したときには、制御器のポンプ制御手段により流量可変ポンプの運転を、その吐出流量が減少するように制御して水回路の循環水量を減少させ、または制御器の圧縮機制御手段により圧縮機の運転周波数を上昇させることにより、温水温度を昇温させることができる。
【００２０】
請求項３の発明は、圧縮機、四方弁、水熱交換器の第１の熱交換管、流量調整弁、室外空気熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、上記水熱交換器の第１の熱交換管と熱交換自在の第２の熱交換管、給湯タンク、流量可変ポンプを順次接続して水を循環させる主回路および三方の出入口を、上記流量可変ポンプの水出口と上記水熱交換器の第２の熱交換管の水入口と排水側とにそれぞれ接続し、この第２の熱交換管の入口を上記流量可変ポンプの水出口と排水側とに選択的に連通させるように切換自在の三方弁を備えた水回路と、上記冷凍サイクルの除霜運転時、上記流量可変ポンプの運転を停止させる一方、上記三方弁を上記室外熱交換器の水入口が上記開放側に連通するように切り換える制御器と、を具備していることを特徴とするヒートポンプ給湯器である。
【００２１】
この発明によれば、冷凍サイクルの除霜運転時、制御器により流量可変ポンプの運転が停止されて水回路の水循環が停止する一方、三方弁が切換制御されて水熱交換器の二次側熱交換器の水入口が開放側の例えばドレン排水部に連通する。
【００２２】
このために、給湯タンクの内圧により給湯タンク内の高温温水が逆流して水熱交換器の二次側熱交換管内で逆流し、その際に一次側熱交換管内を通る冷媒を加温する。このために、温水により加熱された分だけ昇温した高温冷媒が室外空気熱交換器内を通ることにより、この室外空気熱交換器の除霜時間を短縮することができるうえに、水熱交換器の凍結による破損を防止することができる。また、水熱交換器の二次側熱交換管内を通水することにより降温した温水が開放側のドレン排水部へ排水されるので、この降温した温水を給湯タンク内へ戻して、その貯湯温度が低下するのを防止することができる。
【００２３】
請求項４の発明は、給湯タンクは水熱交換器の第２の熱交換管に対して水頭差を有することを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ給湯器である。
【００２４】
この発明によれば、給湯タンクは水熱交換器の第２（二次側）の熱交換管に対して水頭差を有するので、流量可変ポンプの運転停止により水回路の水循環が停止すると、給湯タンクの内圧によりこの水熱交換器の二次側熱交換管の水出口側の高温度の温水がその水入口側に逆流し、三方弁を経て開放側のドレン排出部へ排水させることができる。
【００２５】
請求項５の発明は、三方弁の排水側に排水される温水の温度を検出する温水温度センサを有し、上記制御器は、上記冷凍サイクルの除霜運転時、上記温水温度センサにより検出された検出温度が所定値以上であるときに、上記三方弁を、上記水熱交換器の第２の熱交換管の水入口が流量可変ポンプの水出口に連通するように切り換える三方弁切換手段を備えていることを特徴とする請求項３または４記載のヒートポンプ給湯器である。
【００２６】
この発明によれば、除霜運転時、三方弁の開放側のドレン排水部へ排水される温水の温度が所定値以上であると温水温度センサを介して制御器の三方弁切換手段により検出したときは、この切換手段により三方弁を、水熱交換器の二次側熱交換管の水入口が流量可変ポンプの水出口に連通するように切り換えられ、貯湯運転に復帰される。
【００２７】
これにより、高温の温水が排水されるのを防止することができるので、その排水による排熱を最小限に抑制することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００４１】
図１は本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ給湯器の全体構成を示すブロック図である。このヒートポンプ給湯器２１は水を図中矢印方向に循環させる水回路３１と、この水回路３１の水を加熱する冷媒を図中矢印方向に循環させるヒートポンプ式冷凍サイクル４１とを備えている。
【００４２】
冷凍サイクル４１は、図示しないインバータにより運転周波数を制御することにより単位時間当りの回転数（回転速度）が制御自在の圧縮機４２、四方弁４３、水熱交換器４４の第１（一次側）の熱交換管４４ａ、流量調整弁４５、室外設置の室外空気熱交換器４６を冷媒配管４７によりこの順に順次接続して冷媒を循環させる閉じたループを構成している。
【００４３】
また、水熱交換器４４と室外空気熱交換器４６には水と空気との熱交換を促進させるための図示しないファンをそれぞれ設ける一方、室外空気熱交換器４６に、その冷媒入口温度を検出する室外熱交温度センサ４８を設け、圧縮機４２の吸込側温度を検出する吸込側温度センサ４９を設けている。
【００４４】
そして、これら吸込側温度センサ４９、室外熱交温度センサ４８、流量調整弁４５および四方弁４３を図中一点鎖線で示す信号線を介して制御器５０に電気的に接続している。
【００４５】
一方、水回路３１は上記水熱交換器４４の冷媒を通す一次側熱交換管４４ａと熱交換自在の水を通す二次側熱交換管４４ｂ、キャッチタンク３２、給湯タンク３３、流量可変ポンプ３４を水配管３５によりこの順に順次接続して水を図中矢印方向に循環させる閉じたループの主回路を構成している。
【００４６】
そして、上記キャッチタンク３２の水出口側と流量可変ポンプ３４の水入口側とを連通させるバイパス路３６を設け、このバイパス路３６の途中には電磁弁等よりなる開閉弁であるバイパス弁３７を介在させている。この開閉弁３７と流量可変ポンプ３４には図中一点鎖線で示す信号線を介して上記制御器５０を電気的に接続している。
【００４７】
制御器５０は例えばマイクロプロセッサ等よりなり、着霜検出手段、除霜完了検出手段、流量調整弁開度制御手段、バイパス弁３７の開閉を制御する開閉弁制御手段および流量可変ポンプ３４の回転速度（単位時間当りの回転数）を制御する圧縮機制御手段を備えている。
【００４８】
上記着霜検出手段は、ヒートポンプ給湯器２１の起動５分後から室外空気熱交換器４６の入口温度最低値を室外熱交温度センサ４８により５分間検知し、起動３０分後から入口温度の低下量を計算し、この温度低下量が３℃以上になった状態が９０秒以上継続することと、圧縮機４２の運転周波数が上限に達していて、目標水温まで、水温を上昇できない場合、室外空気熱交換器４６の着霜による能力低下が発生しているものと判断して着霜を検出するようになっている。
【００４９】
また、この着霜検出手段により室外空気熱交換器４６に着霜が発生していると判断したときには、図２に示すように、四方弁４３を切換制御して冷凍サイクル４１の冷媒の循環方向を貯湯運転時とは逆方向に逆転させる一方、バイパス弁３７を開弁させてキャッチタンク３２の水出口側と流量可変ポンプ３４の水入口側とをショートさせてショートサイクルを水回路３１に構成するようになっている。
【００５０】
一方、上記除霜完了検出手段は吸込側温度センサ４９により検出した圧縮機４２の吸込側温度の検知温度が、２．５℃以上で８０秒継続するか、または、その検知温度が５℃以上になるか、または、除霜運転が１０分以上継続した場合に、除霜運転が完了したものと判断し、その判断後、四方弁４３を図１に示すように再び切り換えて除霜運転から再び給湯運転へ復帰させるように構成されている。
【００５１】
また、ポンプ制御手段は、起動時や除霜復帰時等の負荷変動時、流量可変ポンプ３４の回転数（単位時間当りの回転数）を減少（減速）させて水回路３１の循環水量を減少させることにより水熱交換器４４の出口水温を例えば目標水温以上に昇温させることができるものである。
【００５２】
同様に、圧縮機制御手段は、図示しないインバータを制御して圧縮機４２の運転周波数を上昇させることにより、回転速度を加速し、冷凍サイクル４１を循環する冷媒の循環流量を増大させることにより水熱交換器４４の一次側熱交換管４４ａの凝縮熱（放熱）量を増大させ、その二次側熱交換管４４ｂの通水への与熱量を増大させることにより、この水熱交換器４４の水出口温を上昇させるようになっている。
【００５３】
次に、このように構成されたヒートポンプ給湯器２１の作用を説明する。
【００５４】
まず、図１に示すように冷凍サイクル４１を貯湯運転すると、圧縮機４２により圧縮された高温高圧のガス状冷媒が水熱交換器４４の一次側熱交換管４４ａ内を通ることにより凝縮液化して放熱し、この凝縮熱（放熱）により水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂ内を通水する水が加熱される。
【００５５】
一方、この水熱交換器４４で凝縮して液化した液冷媒は所定開度の流量調整弁４５を通る際に減圧されると共に流量が適宜流量に制御されて室外空気熱交換器４６内に流入し、ここで蒸発して外気から吸熱してガス状冷媒の状態で再び圧縮機４２へ、その吸込側から戻され、再び圧縮機４２で圧縮されて水熱交換器４４内へ流入して凝縮し、以下これの繰返しにより水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂの通水が漸次高温水に加熱される。
【００５６】
この水熱交換器４４で加熱された温水は、その水出口からキャッチタンク３２内へ流入し、ここで一旦貯蔵されてから給湯タンク３３へ、その上部の水入口３３ａから供給され貯蔵される。
【００５７】
さらに、この給湯タンク３３内の貯湯は、水入口３３ａよりも低い下部の水出口３３ｂから流量可変ポンプ３４内へ吸込口から吸い込まれ、ここで昇圧されてから再び水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂ内へ流入し、ここで再び一次側熱交換管４４ａ内を通る高温高圧のガス状冷媒の凝縮熱により加熱されて温水温度をさらに高めてキャッチタンク３２内へ流入し、一旦貯蔵される。以下、これの繰返しにより貯湯タンク３３内の貯湯温度が目標温度まで昇温され、図示しない給湯ラインを介して給湯される。
【００５８】
そして、このような貯湯運転では室外空気熱交換器４６が蒸発器（冷却器）として作用するので、この室外空気熱交換器４６に着霜が発生する場合がある。この着霜は制御器５０の着霜発生検出手段により検出される。
【００５９】
すなわち、この着霜検出手段は、貯湯運転起動５分後から室外空気熱交換器４６の入口温度最低値を室外熱交温度センサ４８により５分間検知し、起動３０分後からこの入口温度の低下量を計算し、この温度低下量が３℃以上になった状態が９０秒以上継続することと、圧縮機４２の運転周波数が上限に達していて、目標水温まで、水温を上昇できない場合は、室外空気熱交換器４６の着霜による能力低下が発生しているとみなし、室外空気熱交換器４６に着霜が発生しているものと判断する。
【００６０】
また、着霜検出手段はこのように室外空気熱交換器４６の着霜を検出すると、図２に示すように、四方弁４３を切り換えて貯湯運転から除霜運転に切り換える一方、バイパス弁３７を開弁させる。
【００６１】
すると、図２に示すように、冷凍サイクル４１を冷媒が貯湯運転時とは逆方向に循環して室外空気熱交換器４６で凝縮液化する一方、水熱交換器４４で蒸発気化する。したがって、圧縮機４２からの高温高圧のガス状冷媒が室外空気熱交換器４６内に流入して凝縮液化して放熱するので、その放熱により室外空気熱交換器４６の着霜を加熱して融霜することにより除霜することができる。
【００６２】
さらに、この室外空気熱交換器４６で凝縮液化した液冷媒は、流量制御弁４５で減圧されてから水熱交換器４４の一次側熱交換管４４ａ内へ流入して蒸発気化し、二次側熱交換管４４ｂ内の通水から吸熱して冷却し、ガス冷媒の状態で四方弁４３を経て圧縮機４２へその吸込側から戻され、以下繰り返す。
【００６３】
したがって、水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂ内の通水は冷媒の蒸発作用により冷却されるが、このとき、水回路３１ではバイパス弁３７が開弁されているので、貯湯運転時に水熱交換器４４により加熱されたばかりでキャッチタンク３２内に一時貯蔵されていた比較的高温の温水が開弁中のバイパス弁３７に案内されてバイパス路３６と流量可変ポンプ３４を経て水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂ内へ送水され、一次側熱交換管４４ａ内の冷媒を加熱するので、より高温のガス冷媒により室外空気熱交換器４６を加熱して除霜することができる。これにより、除霜運転時間を短縮することができるので、その分、貯湯運転時間を長くして貯湯タンク３３内の温水温度を高くすることができる。
【００６４】
また、水熱交換器４４に高温度の温水を供給することにより、その供給量が少ない流量でも水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂ内の通水が凍結温度まで低下するのを防止することができるので、その凍結による水熱交換器４４の破損を防止することができる。
【００６５】
そして、起動時や除霜運転復帰時等の急激な負荷変動時には、制御器５０のポンプ制御手段により流量可変ポンプ３４の回転数を減少させることにより水回路３１を循環する水流量を減少させ、または圧縮機制御手段により圧縮機４２の運転周波数を上昇させ、あるいは開閉弁制御手段によりバイパス弁３７を開くことにより給湯タンク３３をバイパスさせることにより、水熱交換器４４の出口水温を目標水温以上に上昇させることにより、急激な負荷変動によって水温が低下したキャッチタンク３２内の温水温度を上昇させ、給湯タンクに供給することができる。
【００６６】
図３は本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ給湯器２１Ａの全体構成を示すブロック図である。このヒートポンプ給湯器２１Ａは上記第１の実施形態に係るヒートポンプ給湯器２１Ａのキャッチタンク３２．バイパス路３６、制御器５０のバイパス弁開閉制御手段およびバイパス弁３７を削除する一方、流量可変ポンプ３４と水熱交換器４４とを接続する水配管３５の途中に、電磁弁や電動弁等よりなる三方弁５１を介在させ、この三方弁５１を制御器５０Ａに信号線を介して電気的に接続し、除霜運転時に三方弁５１を切換制御すると共に、流量可変ポンプ３４の運転を停止させるように制御器５０を構成した点と、水熱交換器４４の貯湯運転時の水入口側に温水温度センサ５３を設けた点に主な特徴があり、これ以外は上記ヒートポンプ給湯器２１とほぼ同様に構成されている。
【００６７】
三方弁５１は、その３つの水出入口５１ａ，５１ｂ，５１ｃを貯湯運転時の水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂの水入口と、流量可変ポンプ３４の水出口と、開放側のドレン排水部５２とにそれぞれ接続しており、制御器５０Ａにより二次側熱交換管４４ｂの水入口側を流量可変ポンプ３４の水出口、またはドレン排水部５２側に選択的に切り換えるように構成されている。
【００６８】
すなわち、このヒートポンプ給湯器２１Ａの貯湯運転時には図３に示すように三方弁５１が水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ａの水入口を流量可変ポンプ３４の水出口側に連通するように制御器５０Ａの三方弁切換制御手段により切換制御される。
【００６９】
すると、上記したように貯湯運転される冷凍サイクル４１の水熱交換器４４の一次側熱交換管４４ａの凝縮する冷媒の凝縮熱により二次側熱交換管４４ａの通水が加熱されて給湯タンク３３に供給される。
【００７０】
さらに、この給湯タンク３３内の下部の低温度の温水が水出口３３ｂから水配管３５を通って流量可変ポンプ３４により昇圧されてから三方弁５１の２つの水出入口５１ｂ，５１ａを通って再び水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂの水入口に戻り、以下これの繰返しにより給湯タンク３３内に貯湯される温水の温度が目標値まで昇温される。
【００７１】
図４はこのヒートポンプ給湯器２１Ａの除霜運転時の冷凍サイクル４１の冷媒の循環方向と水回路３１の水の循環方向を示しており、この除霜運転は制御器５０Ａの上記着霜検出手段により室外空気熱交換器４６の着霜を検出したときに行なわれる。
【００７２】
すなわち、上述したように制御器５０Ａの着霜検出手段により室外空気熱交換器４６の着霜を検出すると、図４に示すように三方弁５１を切り換えて水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂの水入口をドレン排水部５２に連通させると共に、流量可変ポンプ３４の運転を停止させる。
【００７３】
すると、給湯タンク３３の内圧が水配管３５を介して水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂに加圧されるので、水回路３１の水が貯湯運転時とは逆方向に逆流して給湯タンク３３の上部の比較的高温の温水が水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂ内を通水し、その際に一次側熱交換管４４ａ内を通る液冷媒を加熱して気化させ、高温のガス状冷媒として圧縮機４２へ戻す。
【００７４】
このために、圧縮機４２から吐き出される高温高圧のガス冷媒がさらに高温に昇温して室外空気熱交換器４６内へ流入し、ここで凝縮液化する凝縮熱により室外空気熱交換器４６の着霜を加熱融霜して除霜するので、その除霜時間を短縮することができる。
【００７５】
また、この除霜運転時に温水温度センサ５３により検出された水熱交換器４４の二次側熱交換管４４ｂの水出口からドレン排水部５２へ排水される温水の温度が所定値以上の高温度であることを検出したときには三方弁５１をドレン排水部５２から可変流量可変ポンプ３４側へ切り換えて水流を止めて流量調整することにより排熱を最小限に抑制することができる。
【００７６】
図５は本発明の第３の実施形態に係るヒートポンプ給湯器２１Ｂの全体構成を示すブロック図である。このヒートポンプ給湯器２１Ｂは上記第２の実施形態に係るヒートポンプ給湯器２１Ａの三方弁５１、ドレン排水部５２、温水温度センサ５３、制御器５０Ａの三方弁切換制御手段および四方弁４３を削減して冷凍サイクル４１の除霜サイクルを削除する一方、水回路３１の給湯タンク３３の入口３３ａ側に連通する入口側水配管３５ａの途中に、連通管６０を介して温水散水器６１を連結し、この連通管６０の途中には除霜開閉弁６２を介装し、この除霜開閉弁６２には図５中一点鎖線で示す信号線を介して制御器５０Ｂを電気的に接続し、この制御器５０Ｂに除霜開閉弁制御手段を設けている点に特徴がある。
【００７７】
すなわち、上記制御器５０Ｂは上記各制御器５０，５０Ａとほぼ同様の着霜検出手段と除霜完了検出手段とを具備しており、この着霜検出手段により室外空気熱交換器４６の着霜を検出したときに除霜開閉弁６１を開弁させる除霜開閉制御手段を設けている点に特徴がある。
【００７８】
この着霜検出手段は、貯湯運転起動５分後から室外空気熱交換器４６の入口温度Ｔｅの最低値を室外熱交温度センサ４８により５分間検知し、起動３０分後からこの入口温度の低下量を計算し、この温度低下量が３℃以上になった状態が９０秒以上継続したときに、室外空気熱交換器４６が着霜していることを判断し、除霜開閉弁６２を開弁して除霜するようになっている。
【００７９】
次に、このヒートポンプ給湯器１Ｂの作用を説明する。
【００８０】
貯湯運転時、冷凍サイクル４１は上記各実施形態のヒートポンプ給湯器２１，２１Ａと同様に、圧縮機４２から吐き出された高温高圧のガス冷媒が水熱交換器４４の一次側熱交換管４４ａを通る際に凝縮液化し、その凝縮熱により二次側熱交換管４４ｂの通水が加熱される。この後、液冷媒は流量制御弁４５で所定の流量に絞られると共に減圧されてから室外空気熱交換器４６へ流入し、ここで液冷媒が蒸発気化して外気から吸熱して圧縮機４２へ吸込側から戻され、以下の繰返しにより水回路３１を循環する水が水熱交換器４４により温水に加熱される。
【００８１】
この温水は水配管３５を介して給湯タンク３３内にその上部の水入口３３ａから供給されて一旦貯蔵される一方、この給湯タンク３３の水入口３３ａよりも低い位置にあって温度の低い温水を流量可変ポンプ３４により汲み上げて再び水熱交換器４４に送水し、温水を給湯タンク３３に供給する。
【００８２】
この貯湯運転中に制御器５０Ｂの着霜検出手段により室外空気熱交換器４６に着霜が発生していると判断すると、この制御器５０Ｂにより除霜開閉弁６２が開弁される。
【００８３】
このために、水熱交換器４４により加熱された直後の高温の温水の一部が連通管６０を介して温水散水器６１に供給され、この温水散水器６１から室外空気熱交換器４６に散水される。このために、室外空気熱交換器４６の着霜が融霜されて除霜される。
【００８４】
この除霜運転時、制御器５０Ｂは吸込側温度センサ４９の検出温度が上昇しない状態を検出したときは、圧縮機制御手段により圧縮機４２の運転周波数を上昇させて圧縮機４２の回転速度を加速させることにより冷凍サイクル４１の冷媒循環流量を増大させて水熱交換器４４の熱交換量を増大させて温水温度を上昇させる。このために、温水散水器６１から室外空気熱交換器４６に散水される温水の温度も上昇するので、除霜運転時間を短縮できる。
【００８５】
さらに、制御器５０Ｂのポンプ制御手段により流量可変ポンプ３４の回転速度を制御することにより水回路３１を循環する温水の循環流量を制御することにより、または除霜開閉弁６２の開度を制御することにより温水散水器６１から室外空気熱交換器４６に散水される温水散水量を増加ないし減少させることができる。
【００８６】
一方、この除霜運転時、制御器５０Ｂの除霜完了検出手段は、圧縮機４２の吸込口に吸い込まれる吸込ガス冷媒の温度Ｔｓを吸込側温度センサ４９により検出し、その検知温度が、例えば２．５℃以上が８０秒継続したとき、または、５℃以上に昇温したとき、または、除霜運転が１０分以上継続したときに、除霜が完了したものと判断して除霜用開閉弁６２を閉弁し、除霜運転から貯湯運転へ復帰させる。
【００８７】
図６はこのヒートポンプ給湯器２１Ｂの貯湯運転の起動から除霜運転への切換を経て、その除霜運転の終了までの時間における吸込側温度センサ４９により検出された温度Ｔｓと、室外熱交温度センサ４８により検出された温度Ｔｅと、給湯温度との相対関係を示している。この図６でも示すようにこのヒートポンプ給湯器１Ｂでは貯湯運転を除霜運転により中断することなく連続して行なうので、給湯タンク３３の給湯温度の低下を防止できる。すなわち、貯湯運転により室外空気熱交換器４６に着霜が発生しても、この貯湯運転を中断して除霜運転に切り換える必要がなく、貯湯運転中に室外空気熱交換器４６の着霜を除霜することができ、連続して貯湯運転することができるので、給湯温度の低下を抑制することができる。
【００８８】
また、冷凍サイクル４１は除霜サイクルを削除しているので、省エネルギを図ることができるうえに、水熱交換器４４を常に凝縮器として運転し、蒸発器（冷却器）としては運転することがないので、水熱交換器４４の二次側熱交換管４４二次側熱交換管４４ａの液冷媒の蒸発潜熱によりｂ内の通水を冷却しないので、その通水の凍結とその凍結による水熱交換器４４の破損を未然に防止することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、除霜運転時、制御器によりバイパス路の開閉弁が開弁されると、水熱交換器により加熱されてキャッチタンク内に一旦貯湯された高温の温水の一部が開弁中の開閉弁とバイパス路を通って水熱交換器の第２（二次側）の熱交換管内を通水し、その通水の際にこの水熱交換器の第１（一次側）の熱交換管内を流れる冷媒を加熱して昇温させる。このために、この高温ガス冷媒が圧縮機で圧縮されてさらに昇温して室外空気熱交換器内を通ることにより、この室外空気熱交換器の着霜を短時間で除霜することができる。しかも、キャッチタンク内に貯湯された温水は、水を加熱する水熱交換器の直ぐ下流側にあるので、温度が高いうえに、さらに、この温水が給湯タンクを経ずに、バイパス路を経て再び水熱交換器の二次側熱交換管へ流入し、その一次側熱交換管内を通る冷媒を加熱するので、その加熱量を増大させることができる。このように室外空気熱交換器を流れる冷媒の温度が高いために除霜時間を短縮することができる。
【００９０】
また、冷凍サイクルの除霜運転時、水熱交換器は蒸発器として作用するが、その二次側熱交換管内には上述した高温度の温水が通水して、その一次側熱交換管の冷媒を加熱するので、二次側熱交換管内を通水する通水量が少量でも水熱交換器の凍結を防止することができる。したがって、水熱交換器の凍結による破損を防止することができる。
【００９１】
さらに、冷凍サイクルの除霜運転から貯湯運転に復帰した後には、バイパス路の開閉弁を開弁させることにより、給湯タンクの前後を連通してショートさせることにより温水を給湯タンクに供給しないショートサイクルを構成するので、キャッチタンク内の温水温度を目標温度まで昇温させた後に、再びバイパス路の開閉弁を閉じて温水を貯湯タンクへ供給することにより高温度の温水を給湯タンクに供給することができる。
【００９２】
さらにまた、起動時や、除霜運転から貯湯運転への復帰時等の急激な負荷変動時、圧縮機の運転周波数を上昇させたり、バイパス路の開閉弁を開弁させることにより水回路をショートサイクルに構成する等により水熱交換器の出口水温を目標値以上に上昇させることにより、急激な負荷変動により水温が低下したキャッチタンク内の温水温度を上昇させ、給湯タンクに供給することができる。これにより、急激な負荷変動時、冷凍サイクル制御の急激な変動を回避でき、安定した運転制御を容易に行なうことができる。
【００９３】
請求項３の発明によれば、冷凍サイクルの除霜運転時、制御器により流量可変ポンプの運転が停止されて水回路の水循環が停止する一方、三方弁が切換制御されて水熱交換器の二次側熱交換器の水入口が開放側の例えばドレン排水部に連通する。
【００９４】
このために、給湯タンクの内圧により給湯タンク内の高温温水が逆流して水熱交換器の二次側熱交換管内で逆流し、その際に一次側熱交換管内を通る冷媒を加温する。このために、温水により加熱された分だけ昇温した高温冷媒が室外空気熱交換器内を通ることにより、この室外空気熱交換器の除霜時間を短縮することができるうえに、水熱交換管の凍結による破損を防止することができる。また、水熱交換器の二次側熱交換器内を通水することにより降温した温水が開放側のドレン排水部へ排水されるので、この降温した温水を給湯タンク内へ戻して、その貯湯温度が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ給湯器の貯湯運転時のブロック図。
【図２】図１で示すヒートポンプ給湯器の除霜運転時のブロック図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ給湯器の貯湯運転時のブロック図。
【図４】図３で示すヒートポンプ給湯器の除霜運転時のブロック図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るヒートポンプ給湯器の全体構成を示すブロック図。
【図６】図５で示すヒートポンプ給湯器の起動から除霜完了までの時間における給湯温度と室外熱交温度センサの検出値Ｔｅと吸込側温度センサの検出値Ｔｓとの相対関係を示すグラフ。
【図７】従来のヒートポンプ給湯器の全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
２１，２１Ａ，２１Ｂ  ヒートポンプ給湯器
３１  水回路
３４  流量可変ポンプ
３５  水配管
４１  冷凍サイクル
４２  圧縮機
４３  四方弁
４４  水熱交換器
４４ａ  一次側熱交換管
４４ｂ  二次側熱交換管
４７  冷媒配管
４８  室外熱交温度センサ
４９  吸込側熱交温度センサ
５０，５０Ａ，５０Ｂ  制御器
５１  三方弁
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ  出入口
５２  ドレン排水部
５３  温水温度センサ
６０  連通管
６１  温水散水器
６２  除霜開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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