(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
能力可変の圧縮機、水熱交換器の第１の熱交換管、流量制御弁、回転数可変の室外ファンを備えた室外空気熱交換器を順次接続する一方、上記圧縮機の吐出側と上記室外空気熱交換器の冷媒入口側とをバイパス路により連通し、このバイパス路に開閉弁を介在させ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の熱交換管の水出口を水配管により貯湯タンクの上部に接続する一方、この貯湯タンクの下部に流量可変のポンプと上記第２の熱交換管の水入口を水配管により順次接続することにより水を循環させる水回路と、
上記貯湯タンク内下部に設置されてこの貯湯タンク内の水温を検出する水温センサと、
上記貯湯タンクに設けた貯湯タンク制御器またはリモートコントローラからの貯湯運転開始指令信号を受信したときに貯湯運転を開始させる一方、上記水温センサにより検出された水温に基づいてこの貯湯タンク内の貯湯の沸き上げ温度を設定する制御器と、を具備し、
上記制御器は、
貯湯運転開始時の上記圧縮機の初期運転周波数を上記水温センサの水温検出値に基いて決定して圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御手段と、
貯湯運転開始から上記ポンプの流量を漸次所定流量まで増大させるようにポンプを制御するポンプ制御手段と、
貯湯運転開始時、上記流量制御弁の初期開度を所定時間継続させた後、上記圧縮機の吸込側温度と上記室外空気熱交換器の蒸発温度との差が所定値で一定となるように流量制御弁の開度を制御する流量制御弁開度制御手段と、
上記室外空気熱交換器の室外ファンの単位時間当りの運転回転数を上記圧縮機の運転周波数と室外温度とに基いていて制御する室外ファン制御手段と、
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】
上記圧縮機制御手段は、貯湯運転開始後、所定の制御時間毎に上記水熱交換器の水出口側の水出口温度と上記貯湯の沸き上げ温度設定値との偏差と、この偏差の変化量を算出し、これら偏差とその変化量とから上記圧縮機の運転周波数の補正量を求め、現在の運転周波数をこの補正量により補正する圧縮機運転周波数補正機能を有し、
上記ポンプ制御手段は、貯湯運転開始後、ポンプ流量を所定流量で維持するように制御する機能を有し、
上記流量制御弁開度制御手段は、貯湯運転開始後、上記冷凍サイクルの圧縮機吸込側温度と室外空気熱交換器の蒸発温度との差であるスーパーヒート量が所定値で一定となるように流量制御弁の開度を制御する機能を有し、室外ファン制御手段は、貯湯運転開始後、上記圧縮機の運転周波数と室外温度に応じて室外ファンの回転数を制御する機能を有す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】
上記制御器は、上記貯湯タンク制御器またはリモートコントローラからの貯湯運転停止指令信号を受信したときに、貯湯運転を停止させ、あるいは上記水温センサにより検出した水温検出値に基いて貯湯運転を停止させる機能を有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給湯器。
【請求項４】
上記制御器は、
上記ポンプの運転を停止させると共に、上記バイパス路の開閉弁を開弁して除霜運転する除霜運転手段と、この除霜運転の終了後、上記貯湯運転へ復帰したときの上記圧縮機の初期運転周波数の目標値を、除霜運転開始前の運転周波数に所定の係数を乗じた値に設定する手段と、
を具備してな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給湯器。
【請求項５】
上記制御器は、上記冷凍サイクルを少なくとも収容するケースに設置されてい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貯湯タンク内の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、制御方法の最適化を図っ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９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の冷媒により加熱される水を貯湯タンク１１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、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。なお、図９中符号４ｃは水熱交換器４の中間部に設置されて冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度センサである。
【０００４】
一方、水回路１０は、上記水熱交換器３の一次側熱交換管４ａと熱交換自在の二次側熱交換管４ｂ、貯湯タンク１１、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】
貯湯タンク１１は、その上部に、水熱交換器４からの温水が供給される湯入口と給湯口を兼用する湯出入口１１ａを設け、この湯出入口１１ａに接続された二股分岐管の一端を水熱交換器４の水出口側の水路に接続する一方、他方の分岐管端部を給湯ライン１６に接続している。一方、給湯タンク１１の底部には、給水を受ける水入口１１ｂと水出口１１ｃとを設け、水入口１１ｂには給水ライン１７を接続している。貯湯タンク１１は、その内底部に貯水の水温を検出する水温センサ１４を配設する一方、貯湯ケーシング１５内に収容されている。一方、水熱交換器４を含む圧縮機２や四方弁３、室外空気熱交換器６等の冷凍サイクル１の構成装置、ポンプ１２は、熱源機ケーシング８内に収容されている。
【０００６】
そして、このヒートポンプ給湯器の貯湯運転時には、冷媒が冷凍サイクル１を図９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、空気熱交換器６が蒸発器として作用する。このために、貯湯タンク１１の底部の水出口１１ｃからポンプ１２により汲み出された水は水熱交換器４の二次側熱交換管４ｂ内を通水する際に、一次側熱交換管４ｂ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になり、この温水がポンプ１２の送水により水配管１３を介して貯湯タンク１１内に、その上部の湯出入口１１から供給される。
【０００７】
このように貯湯タンク１１内の貯湯を水熱交換器４により繰り返し加熱することにより、貯湯タンク１１内の貯湯温度を上から漸次昇温し、水熱交換器４の入口水温設定値に対応した所定の貯湯温度に昇温したときに貯湯運転が停止し、以後、この所定温度の貯湯を給湯する給湯運転に待機する。
【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、圧縮機２とポンプ１２の能力が固定であり、可変ではないうえに、膨張弁５も固定絞りであるために、図１０に示すように貯湯タンク１１内の水温Ａの上昇と共に、水熱交換器４の凝縮温度Ｂが上昇するので、能力固定の圧縮機２を、その使用限界である凝縮温度（熱交中間温度）の例えば約６５℃程度までしか使用できないので、貯湯タンク１１内の貯湯を例えば６０℃程度までしか昇温できないという課題がある。
【０００９】
また、圧縮機２やポンプ１２の能力が固定であるために外気温度の低下等負荷変動に対応した貯湯運転が困難であり、貯湯を所定温度まで昇温させる貯湯運転に長時間かかっている。
【００１０】
さらに、室外空気熱交換器６の着霜を除霜するための除霜運転が四方弁３を貯湯運転時とは逆方向に切り換える、いわゆるリバース除霜運転であり、その際には水熱交換器４が蒸発器（冷却器）として作用するにも拘らず、ポンプの運転を続行するので、この水熱交換器４で冷却された水が貯湯タンク１１内に供給されてしまい、貯湯温度を低下させてしまうという課題がある。
【００１１】
さらにまた、室外空気熱交換器６の熱交換能力が固定であるために、外気温の変化に対する冷凍能力の変化が大きいために、所定温度の貯湯量を外気温の如何に拘らず安定して確保し難いという課題がある。
【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、制御方法の最適化を図ることにより貯湯温度を高温まで効率的に昇温することが可能で省エネルギと制御性に優れた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、能力可変の圧縮機、水熱交換器の第１の熱交換管、流量制御弁、回転数可変の室外ファンを備えた室外空気熱交換器を順次接続する一方、上記圧縮機の吐出側と上記室外空気熱交換器の冷媒入口側とをバイパス路により連通し、このバイパス路に開閉弁を介在させ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の熱交換管の水出口を水配管により貯湯タンクの上部に接続する一方、この貯湯タンクの下部に流量可変のポンプと上記第２の熱交換管の水入口を水配管により順次接続することにより水を循環させる水回路と、上記貯湯タンク内下部に設置されてこの貯湯タンク内の水温を検出する水温センサと、上記貯湯タンクに設けた貯湯タンク制御器またはリモートコントローラからの貯湯運転開始指令信号を受信したときに貯湯運転を開始させる一方、上記水温センサにより検出された水温に基づいてこの貯湯タンク内の貯湯の沸き上げ温度を設定する制御器と、を具備し、上記制御器は、貯湯運転開始時の上記圧縮機の初期運転周波数を上記水温センサの水温検出値に基いて決定して圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御手段と、貯湯運転開始から上記ポンプの流量を漸次所定流量まで増大させるようにポンプを制御するポンプ制御手段と、貯湯運転開始時、上記流量制御弁の初期開度を所定時間継続させた後、上記圧縮機の吸込側温度と上記室外空気熱交換器の蒸発温度との差が所定値で一定となるように流量制御弁の開度を制御する流量制御弁開度制御手段と、上記室外空気熱交換器の室外ファンの単位時間当りの運転回転数を上記圧縮機の運転周波数と室外温度とに基いていて制御する室外ファン制御手段と、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、リモートコントローラで貯湯運転を開始させるための所要の操作を行なうことにより、または、貯湯タンク制御器が予め設定した電力料金が割安の深夜時間帯の開始時刻を計時すること等により、これらリモートコントローラまたは貯湯タンク制御器から貯湯運転開始指令信号が制御器に与えられると、貯湯タンク内の貯湯を所定の沸き上げ温度に昇温させる貯湯運転を開始させることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、上記圧縮機制御手段は、貯湯運転開始後、所定の制御時間毎に上記水熱交換器の水出口側の水出口温度と上記貯湯の沸き上げ温度設定値との偏差と、この偏差の変化量を算出し、これら偏差とその変化量とから上記圧縮機の運転周波数の補正量を求め、現在の運転周波数をこの補正量により補正する圧縮機運転周波数補正機能を有し、上記ポンプ制御手段は、貯湯運転開始後、ポンプ流量を所定流量で維持するように制御する機能を有し、上記流量制御弁開度制御手段は、貯湯運転開始後、上記冷凍サイクルの圧縮機吸込側温度と室外空気熱交換器の蒸発温度との差であるスーパーヒート量が所定値で一定となるように流量制御弁の開度を制御する機能を有し、室外ファン制御手段は、貯湯運転開始後、上記圧縮機の運転周波数と室外温度に応じて室外ファンの回転数を制御する機能を有す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。
【００１７】
これら請求項１，２に係る発明によれば、圧縮機、ポンプおよび室外ファンが共に能力可変であって、流量制御弁の開度が制御自在であり、これらをヒートポンプ給湯器の貯湯運転開始時と、その貯湯運転の継続により貯湯温度が安定する安定時とに、それぞれの運転条件に適合した能力で制御して制御の最適化を図っているので、この貯湯運転のみで貯湯タンク内の貯湯の温度を目標温度の高温まで沸き上げることができ、貯湯運転効率を向上させることができる。
【００１８】
請求項３の発明は、上記制御器は、上記貯湯タンク制御器またはリモートコントローラからの貯湯運転停止指令信号を受信したときに、貯湯運転を停止させ、あるいは上記水温センサにより検出した水温検出値に基いて貯湯運転を停止させる機能を有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給湯器である。
【００１９】
この発明によれば、貯湯タンク制御器またはリモートコントローラからの貯湯運転停止信号により、または貯湯タンク内の水温センサの検出値が所定の貯湯温度を検出したときに貯湯運転を自動的に停止させることができる。
【００２０】
請求項４の発明は、上記制御器は、上記ポンプの運転を停止させると共に、上記バイパス路の開閉弁を開弁して除霜運転する除霜運転手段と、この除霜運転の終了後、上記貯湯運転へ復帰したときの上記圧縮機の初期運転周波数の目標値を、除霜運転開始前の運転周波数に所定の係数を乗じた値に設定する手段と、を具備してな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給湯器である。
【００２１】
この発明によれば、バイパス路の開閉弁を制御器により開弁させることにより、圧縮機からの高温高圧のガス状冷媒を水熱交換器はバイパスさせて直接室外空気熱交換器内へ導入して加熱除霜するので、その除霜を短時間で行なう（クイック除霜）ことができる。また、この除霜運転は冷凍サイクルのいわゆる反転除霜による除霜ではないので、その反転除霜のように水熱交換器を蒸発器（冷却器）として作用させて貯湯を冷却させることもないので、貯湯を迅速かつ高効率で昇温させることができる。
【００２２】
さらに、貯湯運転から貯湯運転に復帰させるときは、圧縮機を、その初期運転周波数の目標値を、除霜運転開始前の運転周波数の乗数倍の高い周波数で運転するので、貯湯の昇温を迅速に行なうことができる。
【００２３】
請求項５の発明は、上記制御器は、上記冷凍サイクルを少なくとも収容するケースに設置されてい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給湯器である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図８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。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係るヒートポンプ給湯器２１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を循環する水を加熱する加熱媒体としての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。
【００２６】
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）が制御自在で能力可変の圧縮機４２、水熱交換器４３の第１（一次側）の熱交換管４３ａ、電動弁等よりなる流量調整自在の膨張弁である流量制御弁４４、室外等に設置される空気熱交換器４５を冷媒配管４６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。また、圧縮機４２の吐出側と空気熱交換器４５の冷媒入口側とは除霜バイパス路４７により連通させており、この除霜バイパス路４７の途中には電磁二方弁等よりなる除霜バイパス弁４８を介装している。
【００２７】
また、空気熱交換器４５には空気と冷媒との熱交換を促進させるための能力可変の室外ファン４５ａを設ける一方、水熱交換器４３には、冷媒の凝縮温度（熱交中間温度）Ｔｃを検出する凝縮温度センサ４３ｃを設け、水熱交換器４３の出口側近傍の水回路３１に、その水出口温度Ｔｗｏｕｔを検出する熱交出口水温センサ４３ｄを設けている。さらに、室外空気熱交換器４５には冷媒蒸発温度ＴＥを検出する蒸発温度センサ４５ｂ、室外温度を検出する室外温度センサ４５ｃ、さらに、圧縮機４２には、その吸込側に吸込温度Ｔｓを検出する吸込温度センサ４２ａを設けている。
【００２８】
そして、これら吸込温度センサ４２ａ、蒸発温度センサ４５ｂ、凝縮温度センサ４３ｃ、圧縮機４２、膨張弁４４、除霜バイパス弁４８、室外ファン４５ａを図示しない信号線により制御器４９に電気的に接続している。
【００２９】
一方、水回路３１は、上記水熱交換器４３の冷媒を通す一次側熱交換管４３ａと熱交換自在の水を通す二次側熱交換管４３ｂの水出口側に、貯湯タンク３２の上部の水入口と給湯口を兼用した水出入口３２ａを水配管３３ａにより接続する一方、この貯湯タンク３２の底部の水出口３２ｂに流量可変のポンプ３４の吸込口を水配管３３ｂにより接続し、このポンプ３４の吐出口を水配管により水熱交換器４３の一次側熱交換器４３ｂの水入口に接続して貯湯タンク３２内の貯湯（または貯水）を、図中矢印方向に循環させる閉じたループを構成している。ポンプ３４は、貯湯運転中は例えば電力料金が割安の深夜時間帯の約８時間で貯湯タンク３２内の貯湯（水）を一巡させる能力を備えている。
【００３０】
貯湯タンク３２は、その上部の湯出入口３２ａに接続した二股分岐管の一分岐端を水熱交換器４３の出口水路側に接続する一方、他の分岐端を給湯管３５に接続している。一方、貯湯タンク３２の底部には、給水管３６に接続された受水口３２ｃと、貯湯タンク３２内の貯水ないし貯湯を供給する水出口３２ｂとを形成し、この水出口３２ｂに上記水配管３３ｂを介してポンプ３４の吸込口に接続している。
【００３１】
また、貯湯タンク３２内の底部には貯湯タンク３２内の貯水（貯湯含む）の温度Ｔｗｉｎを検出する底部水温センサ３７を設けている。
【００３２】
このように構成された貯湯タンク３２は貯湯槽ケーシング３８ａ内に収容されて貯湯槽３８に構成され、この貯湯槽ケーシング３８ａには貯湯タンク制御器である貯湯槽制御器３９を配設している。貯湯槽制御器３９は、例えばマイクロプロセッサ等からなり、リモートコントローラ５０と制御信号等を双方向で通信自在に構成され、例えばリモートコントローラ５０からの貯湯運転開始指令信号を受信したとき、または貯湯槽制御器３９の内蔵クロックにより電力料金が割安の深夜時間帯が開始される時刻（例えば午後１１時）を計時したときに、貯湯運転開始指令信号を図示しない信号線を介して、または赤外線等の無線で制御器４９に転送または送信するように構成されている。また、貯湯槽制御器３９は底部水温センサ３７から読み込んだ水温検出値Ｔｗｉｎを制御器４９に転送する機能を備えている。
【００３３】
制御器４９はマイクロプロセッサ等から構成され、熱源機ケーシング５１ａに配設される。熱源機ケーシング５１ａは、その内部に、上記圧縮機４２や室外空気熱交換器４５等の冷凍サイクル４１を構成する各装置と、水回路３１の水熱交換器４３、ポンプ３４および水配管３３の一部を収容して熱源機５１に構成されている。熱源機５１は一対の水配管３３ａ，３３ｂを介して貯湯槽３８に接続されている。
【００３４】
制御器４９は、吸込側温度センサ４２ａ、凝縮温度センサ４３ｃ、熱交出口水温センサ４３ｄ、蒸発温度センサ４５ｂ、室外温度センサ４５ｃに図示しない信号線によりそれぞれ電気的に接続され、これら各センサの検出値を読み込む一方、ポンプ３４、圧縮機４２の図示しないインバータ、室外ファン４５ｃ、除霜バイパス弁４８に図示しない信号線によりそれぞれ電気的に接続され、これらを適宜制御するように構成されている。
【００３５】
すなわち、制御器４９は貯湯タンク３２内の貯湯（貯水を含む）をポンプ３４の送水により水回路３１に循環させて水熱交換器４３により加熱して目標温度に昇温させて貯湯タンク３２内に貯蔵させて次の給湯運転に待機する貯湯運転を実行するために必要な各種制御機能と、この貯湯運転により蒸発器（冷却器）として作用する室外空気熱交換器４５に着霜が発生したときに、この着霜を除霜するための除霜運転に貯湯運転を切り換えるために必要な各種制御機能を備えている。つまり、制御器４９は、水熱交換器４３の入口水温を所定値に設定することにより、貯湯タンク３２内の貯湯温度を所定値に設定して貯湯タンク３２内の貯湯が、その所定温度まで昇温させる貯湯運転モードと、その貯湯運転時に蒸発器として作用する室外空気熱交換器４５に着霜が発生したときに、その貯湯運転を除霜運転に切り換える運転モード制御手段、圧縮機４２の運転を制御する圧縮機制御手段、ポンプ３４の運転を制御するポンプ制御手段、流量制御弁４４の開度を制御する流量制御弁制御手段、室外ファン４５ａの運転を制御する室外ファン制御手段をそれぞれ備えている。
【００３６】
図２はこれら制御器４９の各制御手段により、貯湯運転する場合に、その運転開始時から貯湯温度（Ｔｗｏｕｔ）が設定値でほぼ安定（一定）する安定時を経て停止するまでの各段階において、上記圧縮機４２、ポンプ３４、流量制御弁４４、室外ファン４５ａの運転を制御するときのタイミングチャートを示している。
【００３７】
すなわち、制御器４９の運転モード制御手段は、例えば貯湯運転開始操作が行なわれたリモートコントローラ５０、あるいは所定の深夜時刻を計時した貯湯槽制御器３９からの貯湯運転開始指令信号を受信したときに、図１に示すように除霜バイパス弁４８を閉弁して圧縮機４２、水熱交換器４３、室外ファン４５ａの運転を開始し、水熱交換器４３の入口水温を所定値に設定することにより貯湯の沸き上げ温度の目標値を設定して貯湯運転を開始する。
【００３８】
この圧縮機４２の運転開始時の初期周波数Ｈｚは圧縮機制御手段により次の（１）式から求められる。
【００３９】
【数１】
Ｈｚ＝−２＊Ｔｗｉｎ＋９０        ……（１）
但し、Ｔｗｉｎ：底部水温センサ３７による水温検出値
すなわち、圧縮機制御手段は底部水温センサ３７からその水温検出値を読み込み、その水温検出値が例えば６℃の場合は次の（２）式により初期周波数Ｈｚは７８Ｈｚとなる。
【００４０】
【数２】
−２×６＋９０＝７８（Ｈｚ）      ……（２）
【００４１】
この初期周波数は貯湯運転の進行に伴って漸次昇温する水温検出値Ｔｗｉｎに基いて所定時間毎、例えば１分間毎に段階的に上昇させ、次の運転開始時解除条件のいずれかが充足したと判断した後に所定の周波数一定で運転する。この運転開始時解除条件としては、▲１▼運転開始から１０分経過し、かつ（ＡＮＤ）冷凍サイクル４１のスーパーヒート量ＴＳＨ＞設定スーパーヒート量ＴＳＨＯ−１が成立する場合と、▲２▼運転開始から２０分経過する場合と、がある。ここでスーパーヒート量ＴＳＨ、設定ＴＳＨＯとは以下の通りである。
【００４２】
すなわち、スーパーヒート量ＴＳＨは、次の（３）式により求めることができる。
【００４３】
【数３】
0004078036.tif 000002
【００４４】
一方、設定スーパーヒート量ＴＳＨＯは圧縮機４２の実際の運転周波数により例えば次の表１のように設定される。
【００４５】
【表１】
0004078036.tif 000003
【００４６】
そして、圧縮機制御手段は、この貯湯運転時に、上記運転開始時解除条件が充足したことを検出すると、図２で示す安定時の制御に移行する。
【００４７】
すなわち、圧縮機制御手段は所定の制御時間（例えば６０秒）毎に、次の（４）式に示すように熱交出口水温Ｔｗｏｕｔと設定温度Ｔｓｃとの偏差Ｅおよび変化量ΔＥ（今回のＴｗｏｕｔの値と前回６０秒前のＴｗｏｕｔの値の差）を計算し、これらＥとΔＥから例えば次の表２で示す制御規則表から求まる値に０．５を乗算して周波数指令信号ｆｉの補正値Δｆｉを求め、現在の周波数指令信号ｆｉを補正する。
【００４８】
【数４】
0004078036.tif 000004
【００４９】
【表２】
0004078036.tif 000005
【００５０】
そして、次の（５）式に示すようにこうして今回求めた補正値Δｆｉ（ｎ）を前回の周波数指令ｆｉ（ｎ−１）に加算して今回の周波数指令信号ｆｉ（ｎ）を求める。
【００５１】
【数５】
0004078036.tif 000006
【００５２】
また、上記周波数指令信号ｆｉの補正は例えば６０秒の制御時間毎に補正を行なう。すなわち、図３に示すように偏差Ｅは制御器４９により常時読み込んでいるが、６０秒毎に決定する変化量ΔＥと、そのときの偏差Ｅにより制御出力表により６０秒毎に、周波数指令補正量Δｆｉ（ｎ）を決定する。但し、設定温度が変更された時は、そのときの偏差Ｅ´と前回から設定温度が変更された時間までの変化量ΔＥ´に基いて求められた周波数指令補正量Δｆｉ（ｎ）で制御する。
【００５３】
一方、図２に示すようにポンプ制御手段は、ポンプ３４を、その吐出流量が所定時間（例えば１分間）毎に例えば０．２Ｌ／ｍｉｎ、０．６Ｌ／ｍｉｎ、１．０Ｌ／ｍｉｎのように段階的に増大するように制御し、この後は安定時を含めて例えば１．０Ｌ／ｍｉｎ等の一定流量で運転する。
【００５４】
流量制御弁開示制御手段は、貯湯運転開始時に、所定数の制御パルスを流量制御弁４４に与えて、その開度を所定の初期開度に制御し、その初期開度を所定時間継続させた後、安定時までは冷凍サイクル４１のスーパーヒートＴＳＨ量が所定値で一定となるようにスーパーヒート制御を行なう。
【００５５】
また、流量制御弁開度制御手段は、流量制御弁４４の開度を、次の表３に示すように制御時間ＴＭ毎に設定値（開度）との偏差ＳＨと、前回偏差と今回偏差との偏差ΔＳＨとに基いて補正する。この偏差ＳＨは次の（６），（７）により求められ、表３は、ＳＨが−５〜５、ΔＳＨが−３〜３の１１×７要素とする。
【００５６】
【数６】
0004078036.tif 000007
【００５７】
【表３】
0004078036.tif 000008
【００５８】
なお、流量制御弁４４の開度制御時間ＴＭは圧縮機４２の実運転周波数（Ｈｚ）に応じて例えば次の表４に示すように設定される。
【００５９】
【表４】
0004078036.tif 000009
【００６０】
そして、制御器４９の室外ファン制御手段は圧縮機４２の運転（ＯＮ）のときに室外ファン４５ａを運転（ＯＮ）し、圧縮機４２が停止（ＯＦＦ）のときには室外ファン４５ａの運転も停止させる。また、室外ファン制御手段は圧縮機４２の運転周波数と室外温度（外気温）Ｔｏｕｔに応じて室外ファン４５ａの回転数（ｒｐｍ）を制御する機能を備えており、例えばヒートポンプ貯湯運転における除霜復帰時の室外ファン４５ａのファンタップｆ１〜ｆ８は下記の表５の通りであり、表６のように外気温Ｔｏｕｔの検出値に応じてファンタップが予め設定されている。また、表６中、圧縮機４２の運転周波数が２４〜５４Ｈｚのときの室外ファン４５ａの回転数（ｒｐｍ）は例えば次の表７に従う。
【００６１】
【表５】
0004078036.tif 000010
【００６２】
【表６】
0004078036.tif 000011
【００６３】
【表７】
0004078036.tif 000012
【００６４】
そして、制御器４９は貯湯槽制御器３９とリモートコントローラ５０の少なくともいずれから沸き上げ停止指令信号を受信したとき、または底部水温センサ３７により検出した検出値が設定値に達したと判断したときに、貯湯運転を停止させる機能を備えている。すなわち、図２に示すように制御器４９は圧縮機４２、ポンプ３４、室外ファン４５ａの各運転を停止させると共に、流量制御弁４４を停止開度に制御して貯湯運転を停止させる機能を備えている。
【００６５】
図４は上記貯湯運転時に、底部水温センサ３７により検出した入口水温Ｔｗｉｎの上昇または下降に連動して貯湯温度の設定値Ｔｓｃを制御器４９により段階的に制御する状態を示しており、図４中上向き矢印は入口水温Ｔｗｉｎの昇温を示し、下向き矢印はその降温を示している。
【００６６】
例えば貯湯運転中に水熱交換器４３のＴｗｉｎが１９℃から１８℃へ低下したことを制御器４９により検出した場合は貯湯温度設定値Ｔｓｃを７８℃から８１℃に制御する。一方、入口水温Ｔｗｉｎが１９℃から２０℃へ上昇した場合は貯湯温度設定値Ｔｓｃを８１℃から７８℃へ制御する。このために、圧縮機４２の運転周波数を大きく変化させることなく、安定した制御を行なうことができる。
【００６７】
そして、貯湯運転が継続すると、貯湯タンク３２内には、その上部から徐々に設定温度（例えば８７℃）の湯が上から溜まって行き、底部水温センサ３７により所定の設定水温（例えば３０℃）に達したときに、貯湯タンク３２内がほぼ貯湯設定温度（８７℃）の貯湯で満たされていると判断して貯湯運転を停止させる。
【００６８】
図５はこの貯湯運転の開始から終了までの熱交出口温度（貯湯温度）Ｔｗｏｕｔ、熱交中間温度（凝縮温度）Ｔｃ、底部水温Ｔｗｉｎ、スーパーヒート量ＴＳＨの変化をそれぞれ示しており、貯湯運転開始後、凝縮温度、すなわち熱交中間温度Ｔｃを約６０℃程度に保った状態で貯湯設定温度（例えば８７℃）の貯湯を短時間で貯湯タンク３２内に貯蔵することができる点を示している。
【００６９】
図６はこのように構成されたヒートポンプ給湯器２１の除霜運転時の冷凍サイクル４１の冷媒と、水回路３１の水の循環方向を矢印で示している。
【００７０】
すなわち、貯湯運転時には室外空気熱交換器４５が冷媒の蒸発器として作用し、室外に設置されているので、室外温度センサ４５ｃにより検出される外気温Ｔｏｕｔの条件によっては室外空気熱交換器４５ｃに着霜が発生して熱交換能力を低下させる。そこで、制御器４９は低下量検出方式により除霜開始条件が充足すると判断したときに、貯湯運転から除霜運転に切り換える。この低下量検出方式は貯湯安定開始、または前回除霜運転終了時から積算された圧縮機４２の運転時間が所定時間に達したときに室外温度センサ４５ｃにより検出された室外熱交温度（蒸発温度検出値）ＴＥとその低下量ＴＥＯとに基いて除霜実施条件を決定する。
【００７１】
すなわち、まず低下量ＴＥＯを検出するが、その検出方法には次の２方法がある。
【００７２】
（１）まず、貯湯運転開始後、上記運転開始時解除条件が充足された後、所定時間（例えば５分間）経過した時点から５分間、室外熱交温度（蒸発温度）ＴＥを検出し、その最低値をＴＥＯとする。
【００７３】
（２）あるいは除霜終了後は、除霜終了検出時より１０分経過時より１５分までの５分間に検出した蒸発温度ＴＥの最低値をＴＥＯとする。
【００７４】
次の表８はこれら蒸発温度検出値ＴＥ，ＴＥＯに基いて除霜実施条件をＡ，Ｂ，Ｃゾーンとして求めるものであり、これら各ゾーンＡ〜Ｃは図７で示す蒸発温度検出値ＴＥと前回除霜運転終了時からの経過時間とに基づいて求められる。
【００７５】
【表８】
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【００７６】
したがって、例えば蒸発温度検出値ＴＥが−２０℃以下のときは表８のＢゾーンに属するので、表８に示すように除霜運転は前回の除霜運転終了時から例えば３０分経過後から約４分間運転される。
【００７７】
そして、この除霜開始条件を充足したとき、制御器４９は除霜バイパス弁４８を開弁し、圧縮機４２から吐出された高温高圧のガス状冷媒を、水熱交換器４３と流量制御弁４４はバイパスさせて除霜バイパス路４７を通して直接空気熱交換器４５に導入し、ここで凝縮液化する冷媒の凝縮熱により空気熱交換器４５を加熱し、着霜を加熱融霜して除霜するようになっている。この除霜運転は制御器４９により後述する除霜終了条件が充足されたと判断されるまで続行される。
【００７８】
この除霜完了検出手段は吸込温度センサ４２ａにより検出した圧縮機４２の吸込側温度の検知温度が、例えば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、除霜バイパス弁４８を図１に示すように再び閉弁して除霜運転から再び貯湯運転へ復帰させるように構成されている。
【００７９】
図８はこのヒートポンプ給湯器２１の除霜運転時の制御器４９による制御を示すタイミングチャートである。すなわち、制御器４９は上記除霜開始条件を充足したと判断すると、着霜検出として、その着霜検出から所定時間（例えば２０秒）後、これまで全閉中の除霜バイパス弁４８を開弁（ＯＮ）させる一方、運転中のポンプ３４、室外ファン４５ａの運転を停止（ＯＦＦ）させ、圧縮機４２の運転周波数を所定の除霜運転周波数Ｈｚで運転する一方、流量制御弁４４の開度を所定の除霜開度に制御して上記スーパーヒート量一定制御を行なう。なお、この除霜運転中に何らかの異常により圧縮機４２の運転が停止したときには、除霜運転時間のカウントを停止する。
【００８０】
そして、この除霜運転は、その開始後、所定時間、例えば１０分経過した時、または吸込温度センサ４２ａにより検出された吸込温度検出値ＴＳがＴＳ≧５℃を成立させたとき、あるいは５℃≧ＴＳ≧３℃が８０秒継続したときに除霜終了条件が充足したと判断して除霜運転を終了させる。
【００８１】
図８に示すように除霜運転終了は除霜バイパス弁４８の閉弁と、ポンプ３４、室外ファン４５ａの各運転再開とにより実施され、その除霜運転終了後は再び貯湯運転に復帰する。このとき、室外ファン４５ａは貯湯運転の開始から一定の回転数（ｒｐｍ）で運転されるが、ポンプ３４と圧縮機４２は、その運転周波数を所定時間（例えば１分間経過）毎に所定周波数上昇させる。この除霜運転終了後の圧縮機４２の初期目標運転周波数は、除霜運転開始前周波数に所定の係数（例えば０．９）を乗じた値とする。このように目標周波数を高く設定して貯湯運転を再開するので、短時間で貯湯設定温度（例えば８７℃）に昇温した貯湯を貯湯タンク３２に貯蔵することができる。
【００８２】
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。
【００８３】
まず、図１に示すように冷凍サイクル４１側を貯湯運転すると、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４３の一次側熱交換管４３ａ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。
【００８４】
一方、この水熱交換器４３で凝縮液化した液冷媒は所定開度の流量制御弁４４を通る際に減圧されると共に、冷媒流量が適宜流量に制御されて空気熱交換器４５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内へ、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４３内へ流入して凝縮液化し、その凝縮熱により二次側熱交換管４３ｂの通水を加熱し、以下これの繰返しにより水熱交換器４３の二次側熱交換管４３ｂの通水が漸次高温水に加熱される。
【００８５】
この水熱交換器４３で加熱された温水（湯）は、その水出口から出て給湯タンク３２内へ、その上部の水出入口３２ａから供給され貯蔵される。
【００８６】
さらに、この給湯タンク３２内の貯湯は、その底部の水出口３２ｂから流量可変のポンプ３４内へ吸い込まれ、ここで昇圧されてから再び水熱交換器４３の二次側熱交換管４３ｂ内を通水し、その通水の際に、再び一次側熱交換管４３ａ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給湯タンク３２内へ、その上部の湯出入口３２ａから供給される。以下、これの繰返しにより貯湯タンク３２内の貯湯温度が漸次目標温度まで昇温されたときに貯湯運転が停止され、給湯運転に備える。そして、給湯運転時には、給湯タンク３３内の給湯が給湯管３５を介して被給湯部へ給湯される。
【００８７】
そして、このような貯湯運転中は空気熱交換器４５が室外に設置されるうえに蒸発器（冷却器）として作用するので、この空気熱交換器４５に着霜が発生する場合がある。このとき制御器４９により上記除霜開始条件が充足されたと判断すると、この制御器４９により除霜バイパス弁４８を開弁して貯湯運転から除霜運転に切り換える。
【００８８】
すると、圧縮機４２からの高温高圧のガス状冷媒が水熱交換器４３はバイパスして空気熱交換器４５内に直接流入して凝縮液化して放熱するので、その放熱により空気熱交換器４５の着霜を加熱し、ここで融霜することにより除霜することができる。
【００８９】
さらに、この空気熱交換器４５で凝縮した冷媒は、圧縮機４２へ、その吸込側から戻され、以下、これの繰返しにより空気熱交換器４５の着霜が除霜される。このとき制御器４９により上記除霜終了条件が充足したと判断すると、この制御器４９により除霜バイパス弁４８を閉じて除霜運転を終了させ、冷凍サイクル４１を再び貯湯運転に復帰させる。
【００９０】
この貯湯運転への復帰により、上記貯湯運転が再び繰り返され、貯湯タンク３２内の貯湯の温度が所定値に達すると、水熱交換器４３の入口水温を検出する底部水温センサ３７により所定の設定温度（例えば３０℃）Ｔｗｉｎを検出するので、貯湯タンク３３内の貯湯が所定の設定温度（例えば８７℃）に達したものと判断して圧縮機４２やポンプ３４、室外ファン４５ａの運転を停止させて貯湯運転を終了させ、給湯運転に備えて待機する。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、リモートコントローラで貯湯運転を開始させるための所要の操作を行なうことにより、または、貯湯タンク制御器が予め設定した電力料金が割安の深夜時間帯の開始時刻を計時すること等によりこれらリモートコントローラまたは貯湯タンク制御器から貯湯運転開始指令信号が制御器に与えられると、所定の沸き上げ温度に昇温された貯湯運転を開始させることができる。
【００９２】
また、圧縮機、ポンプおよび室外ファンが共に能力可変であって、流量制御弁の開度が制御自在であり、これらをヒートポンプ給湯器の貯湯運転開始時、その貯湯運転の継続により貯湯温度が安定する安定時に、それぞれの運転条件に適合した能力で制御して制御の最適化を図っているので、この貯湯運転のみで貯湯タンク内の貯湯の温度を目標温度の高温まで沸き上げることができ、貯湯運転効率を向上させることができる。
【００９３】
さらに、貯湯タンク制御器またはリモートコントローラからの貯湯運転停止信号により、または貯湯タンク内の水温センサの検出値が所定の貯湯温度を検出したときに貯湯運転を自動的に停止させることができる。
【００９４】
さらにまた、バイパス路の開閉弁を制御器により開弁させることにより、圧縮機からの高温高圧のガス状冷媒を水熱交換器はバイパスさせて直接室外空気熱交換器内へ導入して加熱除霜するので、その除霜を短時間で行なう（クイック除霜）ことができる。また、この除霜運転は冷凍サイクルのいわゆる反転除霜による除霜ではないので、その反転除霜のように水熱交換器を蒸発器（冷却器）として作用させて貯湯を冷却させることもないので、貯湯を迅速かつ高効率で昇温させることができる。
【００９５】
さらに、貯湯運転から貯湯運転に復帰させるときは、圧縮機を、その初期運転周波数の目標値を、除霜運転開始前の運転周波数の乗数倍の高い周波数で運転するので、貯湯の昇温を迅速に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ給湯器の貯湯運転時の状態を示すブロック図。
【図２】図１で示すヒートポンプ給湯器の貯湯運転時の制御方法を示すタイミングチャート。
【図３】図１で示すヒートポンプ給湯器の制御器により求められる制御時間（６０秒）毎の熱交出口水温とその設定温度との偏差Ｅとその変化量ΔＥとの関係を示す図。
【図４】図１で示す底部水温センサにより検出された水温検出値Ｔｗｉｎの変化に応じて貯湯温度目標値Ｔｓｃを制御する状態を示す模式図。
【図５】図１で示すヒートポンプ給湯器の貯湯運転開始から停止までの熱交出口温度Ｔｗｏｕｔ、熱交中間（凝縮）温度Ｔｃ、貯湯タンク底部水温Ｔｗｉｎ、スーパーヒート量ＴＳＨの各々の変化を示すグラフ。
【図６】図１で示すヒートポンプ給湯器の除霜運転時の状態を示すブロック図。
【図７】図１で示すヒートポンプ給湯器の複数の除霜運転ゾーンをそれぞれ示すタイミングチャート。
【図８】図１で示すヒートポンプ給湯器の除霜運転時の制御方法を示すタイミングチャート。
【図９】従来のヒートポンプ給湯器の構成を示すブロック図。
【図１０】図９で示す従来のヒートポンプ給湯器の貯湯タンク内水温と凝縮温度の変化をそれぞれ対比して示すグラフ。
【符号の説明】
２１  ヒートポンプ給湯器
３１  水回路
３２  貯湯タンク
３２ａ  水出入口
３２ｂ  水出口
３２ｃ  受水口
３３，３３ａ，３３ｂ  水配管
３４  ポンプ
３５  給湯管
３６  給水管
３７  底部水温センサ
３８  貯湯槽
３８ａ  貯湯槽ケーシング
４１  冷凍サイクル
４２  圧縮機
４２ａ  吸込温度センサ
４３  水熱交換器
４３ｃ  凝縮温度センサ
４４  流量制御弁
４５  空気熱交換器
４５ａ  室外ファン
４５ｂ  蒸発温度センサ
４６  冷媒配管
４７  除霜バイパス路
４８  除霜バイパス弁
４９  制御器
５０  リモートコントローラ
５１  熱源機
５１ａ  熱源機ケーシング
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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